一种大断面矩形顶管姿态控制方法技术

本发明专利技术涉及一种大断面矩形顶管姿态控制方法，包括：S1、实时监测和采集顶管顶进中隧道两侧地层压力数据；S2、采用激光导向系统自动导向，测量顶管推进5个方向自由度；S3、通过大断面矩形顶管机控制系统，实时采集油缸顶力数据；S4、处理数据并传输给后台数据库；S5、读取后台数据库中的数据，构建大断面矩形顶管姿态控制的循环神经网络模型，获取顶管姿态偏移预测值，在所述预测值超过预设的阈值之前，通过调整油缸顶力对顶管姿态进行控制。与现有技术相比，本发明专利技术具有多参数性和动态性的特征，能够准确预测顶管姿态偏移值，有利于合理且符合实际地进行大断面矩形顶管姿态控制。

A Posture Control Method for Large Section Rectangular Pipe Jacking

【技术实现步骤摘要】
一种大断面矩形顶管姿态控制方法
本专利技术涉及大断面矩形顶管隧道工程领域，尤其是涉及一种大断面矩形顶管姿态控制方法。
技术介绍
矩形顶管具有施工时间短、对工程周边环境影响小的特点，且在同等截面下，矩形顶管相比圆形顶管能更有效地利用地下空间，断面利用率高，目前越来越多的矩形顶管被应用于地下工程的建设。随着矩形顶管横断面尺寸的增大，施工过程中存在开挖面各点压力差别、顶管侧向受力不均等问题，造成超大断面矩形隧道施工中的顶管姿态难以控制。大断面矩形顶管穿越技术在城市核心区应用已经走向深入，对精细化施工、低影响施工提出了新的要求。顶管姿态控制一直是大断面矩形顶管工程施工的技术难点和关注重点，精细化的顶管姿态控制，减少顶进中的纠偏量，有利于降低土体扰动，减少土体损失，控制土体位移，从而有效地保护穿越工程周边建构筑物。顶管姿态控制受到水文地质条件、顶管机特点、顶管机司机操作经验等复杂多元因素影响，施工过程中不确定性较大。现有的顶管姿态控制方法通常需要人员时刻注意顶管姿态的变化，做到勤测勤纠，然而实际施工过程中，由于无法提前预测顶管姿态，容易导致纠偏过程大起大落，使得相临两段管节形成很大的夹角，影响顶管的正常施工。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种大断面矩形顶管姿态控制方法，通过对顶管施工数据进行挖掘，得到油缸顶力分布与顶管姿态的内在联系，以对顶管姿态偏移值进行预测，并通过与实时监测数据的对比，及时调整油缸顶力，从而实现最大化减小纠偏量的顶管姿态控制。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种大断面矩形顶管姿态控制方法，包括以下步骤：S1、通过压力传感器实时监测和采集顶管顶进中隧道两侧地层压力数据；S2、采用激光导向系统自动导向，测量顶管推进5个方向自由度；S3、通过大断面矩形顶管机控制系统，实时采集油缸顶力数据；S4、对隧道两侧底层压力数据、顶管推进5个方向自由度和油缸顶力数据进行数据处理并传输给后台数据库；S5、读取后台数据库中的数据，构建大断面矩形顶管姿态控制的循环神经网络模型，获取顶管姿态偏移预测值，在所述预测值超过预设的阈值之前，通过调整油缸顶力对顶管姿态进行控制。优选的，所述步骤S1中的压力传感器是在管节预制过程中预先设置的。优选的，所述步骤S4中的数据处理是按照第三范式3NF的标准，对隧道两侧底层压力数据、顶管推进5个方向自由度和油缸顶力实时数据进行标准化和结构化处理。优选的，所述步骤S4是通过B/S结构的客户端软件，将隧道两侧地层压力数据、顶管推进5个方向自由度和油缸顶力实时数据传输给后台数据库。优选的，所述步骤S5中获取顶管姿态偏移预测值的具体过程为：S51、将处理后的顶管施工数据代入循环神经网络结构中；S52、在设定的时间周期的每个时间步内，通过更新方程对变量进行更新计算；S53、采用时间反向传播算法更新循环神经网络的参数；S54、根据新的采集数据重复步骤S53，不断迭代更新其中的权重，直到得到收敛的参数值。优选的，所述步骤S52中的更新方程为：a(t)＝b+Wh(t+1)+Ux(t)h(t)＝tanh(a(t))o(t)＝c+Vh(t)其中，x(t)表示t时刻的输入变量，o(t)表示t时刻的输出变量，a(t)为中间变量，y(t)表示t时刻的测量值，b和c表示参数的偏置向量，h(t)表示t时刻的隐藏状态，U、V和W表示权重矩阵。优选的，所述步骤S54通过正则策略进行迭代，具体选用L2参数正则化。优选的，所述步骤S53中参数的计算式为：其中，L表示训练损失，(t)为上标，T为转置运算符。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：一、本专利技术基于顶管施工数据(包括隧道两侧地层压力数据、顶管推进5个方向自由度和油缸顶力数据)与顶管姿态的关系，建立循环神经网络的大断面矩形顶管姿态控制模型，与现有的依据经验、地层压力、顶管推进方向自由度等单参数或其它角度不同，本专利技术具有多参数性和动态性的特征，有利于提高大断面矩形顶管姿态控制水平。二、本专利技术通过循环神经网络获取顶管姿态偏移预测值，由于循环神经网络在处理多参数以及具有流动性的信息有着很好的适用性，会对前面的信息进行记忆并应用于当前输出的计算中，因此本专利技术能够更加准确地预测顶管顶进过程中的姿态偏移值。三、本专利技术通过现有的压力传感器、激光导向系统和大断面矩形顶管机控制系统采集现场数据，降低了额外采购自动化监测设备的费用，同时采用B/S结构的客户端软件将现场数据快速汇总到后台数据库，保证了数据的时效性。附图说明图1为本专利技术的方法流程示意图；图2为循环神经网络的模型结构示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。本专利技术受上海市科委课题17DZ1204105资助，如图1所示，一种大断面矩形顶管姿态控制方法，包括以下步骤：S1、通过压力传感器实时监测和采集顶管顶进中隧道两侧地层压力数据；S2、采用激光导向系统自动导向，测量顶管推进5个方向自由度；S3、通过大断面矩形顶管机控制系统，实时采集油缸顶力数据；S4、对隧道两侧底层压力数据、顶管推进5个方向自由度和油缸顶力数据进行数据处理并传输给后台数据库；S5、读取后台数据库中的数据，构建大断面矩形顶管姿态控制的循环神经网络模型，获取顶管姿态偏移预测值，在所述预测值超过预设的阈值之前，通过调整油缸顶力对顶管姿态进行控制。其中，步骤S1中的压力传感器是在管节预制过程中预先设置的。步骤S4是通过安装有网页客户端的移动设备将现场采集的隧道两侧地层压力数据、顶管推进5个方向自由度和油缸顶力数据传输到B/S结构的客户端软件，本实施例中的网页客户端使用Java语言开发，移动设备为计算机或手机，客户端软件通过TCP/IP协议，将用户输入的信息上传到装有Tomcat的后台Linux云端服务器，服务器接收到用户的输入数据后，将数据格式化，通过Java语言的JDBC技术存入后台MySQL数据库；远程客户端接收采集到的现场数据，并按照第三范式(3NF)对数据进行标准化、结构化处理，要求数据库中的每一列都是不可分割的基本数据项，每个实例或行必须可以被唯一地区分，并且一个数据库表中不包含已在其它表中已包含的非主关键字信息，使数据结构更加合理规范，持久化存储；将结构化的数据按照标准，存入后台MySQL数据库，用MySQL处理工程中出现的大量数据，整理并按照表格化持久化存储，存储过程中使用Innodb和MyIASM双存储引擎，提供了对数据库ACID事务的支持，并且还提供了行级锁和外键的约束，可以轻易处理大数据容量。步骤S5构建大断面矩形顶管姿态控制的循环神经网络模型，按照单向信息流的方式在数据库中读取数据，传入模型网络结构中，定义基于大断面矩形顶管姿态控制的损失函数，使用梯度下降法策略，按照监督算法训练网络并通过试算，找到最优的超参数，最终得到完整的神经网络模型，具体过程为：S51、从数据库中取得训练集，并转化为单向信息流的格式，即图2中的x、y，代入图2所示的循环图网络结构中，将x值的输入序列映射到输出值o的对应序列训练损失函数(真实值与计算值的误差)；S52、在设定的时间周期t＝1到t＝τ的每个时间步内，通过下面的更新方程对变量进行更新计算：a(t)＝b+Wh(t+1)+Ux(t)h(t)＝ta本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大断面矩形顶管姿态控制方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、通过压力传感器实时监测和采集顶管顶进中隧道两侧地层压力数据；S2、采用激光导向系统自动导向，测量顶管推进5个方向自由度；S3、通过大断面矩形顶管机控制系统，实时采集油缸顶力数据；S4、对隧道两侧底层压力数据、顶管推进5个方向自由度和油缸顶力数据进行数据处理并传输给后台数据库；S5、读取后台数据库中的数据，构建大断面矩形顶管姿态控制的循环神经网络模型，获取顶管姿态偏移预测值，在所述预测值超过预设的阈值之前，通过调整油缸顶力对顶管姿态进行控制。

【技术特征摘要】
1.一种大断面矩形顶管姿态控制方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、通过压力传感器实时监测和采集顶管顶进中隧道两侧地层压力数据；S2、采用激光导向系统自动导向，测量顶管推进5个方向自由度；S3、通过大断面矩形顶管机控制系统，实时采集油缸顶力数据；S4、对隧道两侧底层压力数据、顶管推进5个方向自由度和油缸顶力数据进行数据处理并传输给后台数据库；S5、读取后台数据库中的数据，构建大断面矩形顶管姿态控制的循环神经网络模型，获取顶管姿态偏移预测值，在所述预测值超过预设的阈值之前，通过调整油缸顶力对顶管姿态进行控制。2.根据权利要求1所述的一种大断面矩形顶管姿态控制方法，其特征在于，所述步骤S1中的压力传感器是在管节预制过程中预先设置的。3.根据权利要求1所述的一种大断面矩形顶管姿态控制方法，其特征在于，所述步骤S4中的数据处理是按照第三范式3NF的标准，对隧道两侧底层压力数据、顶管推进5个方向自由度和油缸顶力实时数据进行标准化和结构化处理。4.根据权利要求1所述的一种大断面矩形顶管姿态控制方法，其特征在于，所述步骤S4是通过B/S结构的客户端软件，将隧道两侧地层压力数据、顶管推进5个方向自由度和油缸顶力实时数据传输给后台数据库。5.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆阳，许建聪，唐克，冯栋梁，
申请(专利权)人：上海市市政工程建设发展有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31