一种类矩形盾构正面土压力平衡控制系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种类矩形盾构正面土压力平衡控制系统及方法，系统包括：土压力监测装置，包括与螺旋机通信连接的监测主机，以及与监测主体通信连接且对称分布于类矩形盾构机的土仓的顶部两侧、中部两侧和底部两侧的多对土压力传感器；土压补偿装置，包括设于土仓两侧的推进油缸，推进油缸与监测主机通信连接；土体改良装置，包括对称分布于土仓内的多个改良区域以及用于对多个改良区域分别进行注浆的注浆设备，注浆设备与监测主机通信连接。本发明专利技术通过土压力监测装置实时监测类矩形盾构机的土仓内的土压力值，根据监测到的实时土压力值利用土压补偿装置及土体改良装置配合螺旋机的转速控制对掘进过程中的类矩形盾构正面土压力平衡进行协同控制。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及类矩形盾构施工领域，尤其涉及一种类矩形盾构正面土压力平衡控制系统及方法。
技术介绍
土压平衡盾构是在开挖面土仓及螺旋输送机内部充满的土砂所产生的压力与开挖面的土压保持平衡。施工中主要控制掘进千斤顶推力、掘进速度、刀盘扭矩和转速、螺旋输送机扭矩和转速以及闸门的开口度等技术参数，使之与开挖面的土压保持动态平衡。土压平衡盾构是以充满土仓内的刚开挖下来的土体对开挖面提供连续的支护，隧道开挖面的稳定，是通过土仓内土体的压力传递来起到与外界水土压力相平衡的作用，土仓内的土体压力减小外界水土压力的压力梯度，于是开挖面在有压力的土体的直接支护以及土中渗漏力的减小的条件下得以稳定。类矩形盾构因其断面空间利用率高，正逐渐成为城市地下空间开发的重要手段。但类矩形盾构隧道在施工过程中与常规圆形盾构隧道相比较面临诸多困难与挑战，例如大断面类矩形盾构正面土压力的平衡控制，常规圆形盾构隧道施工的土压平衡控制方法难以满足，具体表现在以下几点：1.大断面类矩形盾构开挖断面尺寸相对较大，土压平衡传导区域大；2.类矩形盾构断面不规则，不同区域土压差异大，且相比圆形盾构无线性规律可循；3.为保证类矩形盾构的全断面切削，一般均布置多个刀盘，为防止刀盘直接互相干扰或触碰，类矩形盾构土仓内搅拌棒布置受到局限，加剧了土压力控制的难度。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种能够解决类矩形盾构土压力波动大、控制困难的难题的类矩形盾构正面土压力平衡控制系统及方法，实现了类矩形盾构土压平衡模式下的成功掘进与质量控制。为实现上述技术效果，本专利技术公开了一种类矩形盾构正面土压力平衡控制系统，包括：土压力监测装置，包括与类矩形盾构机内部两侧的螺旋机通信连接的监测主机，以及对称分布于类矩形盾构机的土仓的顶部两侧、中部两侧和底部两侧的多对土压力传感器，所述监测主机内预设有控制参数，所述土压力传感器与所述监测主体通信连接；土压补偿装置，包括设于所述土仓两侧的推进油缸，所述推进油缸与所述监测主机通信连接；土体改良装置，包括对称分布于土仓内的多个改良区域以及用于对多个所述改良区域分别进行注浆的注浆设备，所述注浆设备与所述监测主机通信连接。所述类矩形盾构正面土压力平衡控制系统进一步的改进在于，所述监测主机内设有与所述土压力传感器通信连接的阈值比较模块和差值比较模块，所述控制参数包括设于所述阈值比较模块中的土压力的设定阈值和设于所述差值比较模块中的土压力的设定差值；所述设定阈值根据盾构土层、隧道埋深计算确定；对称分布于所述土仓顶部两侧的那一对土压力传感器在直线段盾构推进过程中的设定差值小于等于0.02MPa，在曲线段盾构推进过程中的设定差值小于等于0.05MPa；对称分布于所述土仓中部两侧的那一对土压力传感器在直线段盾构推进过程中的设定差值小于等于0.05MPa，在曲线段盾构推进过程中的设定差值小于等于0.1MPa。所述类矩形盾构正面土压力平衡控制系统进一步的改进在于，所述螺旋机与所述阈值比较模块通信连接，用于将所述压力传感器监测到的实时土压力值与所述阈值比较模块中的设定阈值进行比较，在所述实时土压力大于所述设定阈值时提高所述螺旋机的转速，在所述实时土压力小于所述设定阈值时降低所述螺旋机的转速；所述螺旋机与所述差值比较模块通信连接，用于将每对土压力传感器监测到的实时土压力值的差值与所述差值比较模块中的设定差值进行比较，在所述实时土压力值的差值大于所述设定差值时，提高实时土压力值高一侧对应的螺旋机的转速和/或降低实时土压力值低一侧对应的螺旋机的转速。所述类矩形盾构正面土压力平衡控制系统进一步的改进在于，所述推进油缸与所述阈值比较模块通信连接，用于将所述压力传感器监测到的实时土压力值与所述阈值比较模块中的设定阈值进行比较，在所述实时土压力小于所述设定阈值时推进所述推进油缸，在所述实时土压力大于所述设定阈值时收缩所述推进油缸；所述推进油缸与所述差值比较模块通信连接，用于将每对土压力传感器监测到的实时土压力值的差值与所述差值比较模块中的设定差值进行比较，在所述实时土压力值的差值大于所述设定差值时，推进实时土压力值低一侧对应的推进油缸和/或收缩实时土压力值高一侧对应的推进油缸。所述类矩形盾构正面土压力平衡控制系统进一步的改进在于，多个所述改良区域对称布置在所述土仓的类矩形断面范围内，并与邻近的所述土压力传感器相对应；所述监测主机内设有与所述土压力传感器通信连接的区域比较模块和对称比较模块，所述控制参数包括设于所述区域比较模块中的土压力的设定区域改良值和设于所述对称比较模块中的土压力的设定对称改良值；所述注浆设备与所述区域比较模块通信连接，用于将位于所述土仓两侧的土压力传感器监测到的实时土压力值的差值与所述区域比较模块中的设定区域改良值进行比较，在所述实时土压力值的差值大于等于所述设定区域改良值时，增加实时土压力值高一侧对应的改良区域内的注浆设备的注入率；所述注浆设备与所述对称比较模块通信连接，用于将每对土压力传感器监测到的实施土压力值的差值与所述对称比较模块中的设定对称改良值进行比较，在所述实时土压力值的差值大于等于所述设定对称改良值时，通过注浆设备对实时土压力值高一侧对应的改良区域内注入水进行改良。所述类矩形盾构正面土压力平衡控制系统进一步的改进在于，所述设定区域改良值为0.1MPa，所述设定对称改良值为0.3MPa，改良后的实时土压力值的差值小于0.1MPa，且多个改良区域内注浆设备的注入率差异控制在±2％。本专利技术还公开了一种类矩形盾构正面土压力平衡控制方法，采用类矩形盾构正面土压力平衡控制系统；所述类矩形盾构正面土压力平衡控制方法包括步骤：在掘进过程中，利用土压力传感器实施监测类矩形盾构机的土仓的实时土压力值，并将监测到的实时土压力值反馈至监测主机；监测主机在接收到所述实时土压力值后，将所述实时土压力值与预设的控制参数进行比较，并根据比较结果向类矩形盾构机的螺旋机、土压补偿装置的推进油缸及土体改良装置的注浆设备发送控制信号，螺旋机、推进油缸及注浆设备在接收到所述控制信号后对类矩形盾构机的正面土压力平衡进行控制。所述类矩形盾构正面土压力平衡控制方法进一步的改进在于，在所述监测主机内设置与所述土压力传感器通信连接的阈值比较模块和差值比较模块，所述控制参数包括设于所述阈值比较模块中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种类矩形盾构正面土压力平衡控制系统，其特征在于，包括：土压力监测装置，包括与类矩形盾构机内部两侧的螺旋机通信连接的监测主机，以及对称分布于类矩形盾构机的土仓的顶部两侧、中部两侧和底部两侧的多对土压力传感器，所述监测主机内预设有控制参数，所述土压力传感器与所述监测主体通信连接；土压补偿装置，包括设于所述土仓两侧的推进油缸，所述推进油缸与所述监测主机通信连接；土体改良装置，包括对称分布于土仓内的多个改良区域以及用于对多个所述改良区域分别进行注浆的注浆设备，所述注浆设备与所述监测主机通信连接。

【技术特征摘要】
1.一种类矩形盾构正面土压力平衡控制系统，其特征在于，包括：
土压力监测装置，包括与类矩形盾构机内部两侧的螺旋机通信连接的
监测主机，以及对称分布于类矩形盾构机的土仓的顶部两侧、中部两侧和
底部两侧的多对土压力传感器，所述监测主机内预设有控制参数，所述土
压力传感器与所述监测主体通信连接；
土压补偿装置，包括设于所述土仓两侧的推进油缸，所述推进油缸与
所述监测主机通信连接；
土体改良装置，包括对称分布于土仓内的多个改良区域以及用于对多
个所述改良区域分别进行注浆的注浆设备，所述注浆设备与所述监测主机
通信连接。
2.如权利要求1所述的类矩形盾构正面土压力平衡控制系统，其特征
在于：所述监测主机内设有与所述土压力传感器通信连接的阈值比较模块
和差值比较模块，所述控制参数包括设于所述阈值比较模块中的土压力的
设定阈值和设于所述差值比较模块中的土压力的设定差值；所述设定阈值
根据盾构土层、隧道埋深计算确定；对称分布于所述土仓顶部两侧的那一
对土压力传感器在直线段盾构推进过程中的设定差值小于等于0.02MPa，
在曲线段盾构推进过程中的设定差值小于等于0.05MPa；对称分布于所述
土仓中部两侧的那一对土压力传感器在直线段盾构推进过程中的设定差值
小于等于0.05MPa，在曲线段盾构推进过程中的设定差值小于等于0.1MPa。
3.如权利要求2所述的类矩形盾构正面土压力平衡控制系统，其特征
在于：
所述螺旋机与所述阈值比较模块通信连接，用于将所述压力传感器监
测到的实时土压力值与所述阈值比较模块中的设定阈值进行比较，在所述
实时土压力大于所述设定阈值时提高所述螺旋机的转速，在所述实时土压
力小于所述设定阈值时降低所述螺旋机的转速；
所述螺旋机与所述差值比较模块通信连接，用于将每对土压力传感器
监测到的实时土压力值的差值与所述差值比较模块中的设定差值进行比
较，在所述实时土压力值的差值大于所述设定差值时，提高实时土压力值
高一侧对应的螺旋机的转速和/或降低实时土压力值低一侧对应的螺旋机
的转速。
4.如权利要求2所述的类矩形盾构正面土压力平衡控制系统，其特征
在于：
所述推进油缸与所述阈值比较模块通信连接，用于将所述压力传感器
监测到的实时土压力值与所述阈值比较模块中的设定阈值进行比较，在所
述实时土压力小于所述设定阈值时推进所述推进油缸，在所述实时土压力
大于所述设定阈值时收缩所述推进油缸；
所述推进油缸与所述差值比较模块通信连接，用于将每对土压力传感
器监测到的实时土压力值的差值与所述差值比较模块中的设定差值进行比
较，在所述实时土压力值的差值大于所述设定差值时，推进实时土压力值
低一侧对应的推进油缸和/或收缩实时土压力值高一侧对应的推进油缸。
5.如权利要求1所述的类矩形盾构正面土压力平衡控制系统，其特征
在于：多个所述改良区域对称布置在所述土仓的类矩形断面范围内，并与
邻近的所述土压力传感器相对应；所述监测主机内设有与所述土压力传感
器通信连接的区域比较模块和对称比较模块，所述控制参数包括设于所述
区域比较模块中的土压力的设定区域改良值和设于所述对称比较模块中的
土压力的设定对称改良值；
所述注浆设备与所述区域比较模块通信连接，用于将位于所述土仓两
侧的土压力传感器监测到的实时土压力值的差值与所述区域比较模块中的
设定区域改良值进行比较，在所述实时土压力值的差值大于等于所述设定
区域改良值时，增加实时土压力值高一侧对应的改良区域内的注浆设备的
注入率；
所述注浆设备与所述对称比较模块通信连接，用于将每对土压力传感
器监测到的实施土压力值的差值与所述对称比较模块中的设定对称改良值
进行比较，在所述实时土压力值的差值大于等于所述设定对称改良值时，
通过注浆设备对实时土压力值高一侧对应的改良区域内注入水进行改良。
6.一种类矩形盾构正面土压力平衡控制方法，其特征在于，采用如权
利要求1～5中任意之一所述的类矩形盾构正面土压力平衡控制系统；所述
类矩形盾构正面土压力平衡控制方法包括步骤：
在掘进过程中，利用土压...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄德中，黄毅，朱雁飞，黄俊，李刚，王浩，顾嫣，寇晓勇，范杰，李培楠，王旋东，刘喜东，蔡雯俊，王峰，
申请(专利权)人：上海隧道工程有限公司，宁波市轨道交通集团有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31