盾构推拼同步中基于同块同压的压力控制方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种盾构推拼同步中基于同块同压的压力控制方法及系统，该方法包括如下步骤：在盾构推拼同步的过程中，获取推进系统的目标总推力、目标水平合力矩以及目标垂直合力矩；建立管片端三维坐标系；将获取的合力矩换算到管片端三维坐标系下，得到对应的分配水平合力矩及分配垂直合力矩；根据所述目标总推力、所述分配水平合力矩以及所述分配垂直合力矩计算得出每一管片块的顶推力；根据每一管片块处的油缸数量将对应的顶推力进行平均分配。本发明专利技术可计算出各个油缸的顶推力，且能够确保每一管片块处的油缸的顶推力均匀分配，确保盾构推拼同步过程中的管片受力安全。构推拼同步过程中的管片受力安全。构推拼同步过程中的管片受力安全。

【技术实现步骤摘要】
盾构推拼同步中基于同块同压的压力控制方法及系统


[0001]本专利技术涉及盾构施工工程领域，特指一种盾构推拼同步中基于同块同压的压力控制方法及系统。

技术介绍

[0002]采用传统盾构法施工时，盾构司机较常见的操作方法是根据盾构机的运动趋势改变推进系统各个分区的比例减压阀开度，从而引导盾构机往目标方向运动。近几年，随着对盾构高效掘进需求的不断提升，盾构推拼同步技术应运而生。其中，以通过充分利用轴向插入封顶块产生的推进油缸行程富余量进行管片拼装作业为原理的盾构推拼同步技术对常规盾构机的改造最小，理论可缩短施工周期30％以上。该盾构推拼同步技术运用过程中，部分油缸回缩为待拼装管片提供操作空间，对应的顶力将缺失。若剩余工作油缸顶力不改变，盾构机的姿态将产生巨大偏差，极易产生工程事故，故须对缺失顶力进行再分配至工作油缸，确保盾构机总顶推力不变。再者，若在同一块管片范围内的油缸顶力不均匀、不一致，那差异性顶力将对已安装的管片产生较为不利的受力状态，管片抗压安全风险较高。因此，需要提出一种新的解决方案以确保盾构推拼同步过程中的管片受力安全。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种盾构推拼同步中基于同块同压的压力控制方法，其特征在于，包括如下步骤：在盾构推拼同步的过程中，获取推进系统的目标总推力、目标水平合力矩以及目标垂直合力矩；以当前盾尾处管片的封顶块中心为Y＇轴、管片的圆心为原点O＇、盾构掘进方向为Z轴建立管片端三维坐标系；将获取的目标水平合力矩及目标垂直合力矩换算到管片端三维坐标系下，得到对应的分配水平合力矩及分配垂直合力矩；设定盾尾处管片的每一管片块处的顶推力位于对应管片块的中心线上，且各个管片块的顶推力分配遵循线性增加原则，进而根据所述目标总推力、所述分配水平合力矩以及所述分配垂直合力矩计算得出每一管片块的顶推力；根据每一管片块处的油缸数量将对应的顶推力进行平均分配。2.如权利要求1所述的盾构推拼同步中基于同块同压的压力控制方法，其特征在于，在拼装管片的过程中，将对应拼装管片的顶推力分配给其余的管片块以得到对应的增量力值，将每一管片块的增量力值根据油缸数量进行平均分配。3.如权利要求2所述的盾构推拼同步中基于同块同压的压力控制方法，其特征在于，计算增量力值的步骤包括：将推进系统旋转至拼装管片的中心朝下，并以拼装管片的中心位置为y轴、以推进系统的顶端为原点建立直角坐标系xoy；对除拼装管片外的其余各管片块的增量力作用点进行分类，包括位于y轴左侧的第一类区和位于y轴右侧的第二类区，其中所述第一类区包括位于y轴正半轴上的增量力作用点，假定第一类区的增量力值为x
i
Δt+y
i
Δt1，第二类区的增量力值为x
i
Δt+y
i
Δt2，x
i
和y
i
为人为设定的分配系数，i的取值范围是1
ˉ
k
‑
1，k为管片块的数量；假设第一类区的管片块的数量为a个，第二类区的管片块的数量为k
‑1‑
a个，则有：a个，则有：a个，则有：式一至式三中，ΔF为拼装管片的顶推力，n
i
为各管片块的增量力作用点至y轴的距离，L
i
为各管片块的增量力作用点至x轴的距离，L为拼装管片的顶推力作用点至x轴的距离；利用式一至式三求解得出Δt0、Δt1、Δt2的值，从而得到各管片块对应的增量力值。4.如权利要求1所述的盾构推拼同步中基于同块同压的压力控制方法，其特征在于，计算每一管片块的顶推力的步骤包括：假设管片块的数量为k，且各管片块的顶推力作用点位于管片块的对称轴上；对各管片块的顶推力作用点进行分类，包括位于Y＇轴左侧的第一分区和位于Y＇轴右侧的第二分区，其中所述第一分区包括位于Y＇轴上的顶推力作用点，设定第一分区的顶推力为x
i
t0+y
i
t1，第二分区的顶推力为x
i
t0+y
i
t2，x
i
和y
i
为人为设定的分配系数，i的取值范围是1
ˉ
k；
假设第一分区的管片块的数量为e个，第二分区的管片块的数量为k
‑
e个，则有：e个，则有：式四至式五中，F
T
为目标总推力，N
i
为各管片块的顶推力作用点至Y＇轴的距离，M
Th
cosβ+M
Tv
sinβ为分配水平合力矩；假设在管片端三维坐标系中的O＇X＇Y＇平面直角坐标系的第一象限内管片块的顶推力作用点的数量为a个，第二象限内管片块的顶推力作用点的数量为b个，其中第二象限内的管片块的顶推力作用点包括位于Y＇正半轴上和X＇轴负半轴上的顶推力作用点，第三象限管片块的顶推力作用点数量为c个，其中第三象限管片块的顶推力作用点包括位于Y＇负半轴上的顶推力作用点，第四象限管片块的顶推力作用点的数量为d个，其中a+b+c+d＝k，则有：式六中，m
i
为各管片块的顶推力作用点至X＇轴的距离，M
Tv
cosβ
‑
M
Th
sinβ为分配垂直合力矩；利用式四至式六求解得出t0、t1、t2的值，从而得到各个管片块的顶推力。5.如权利要求1所述的盾构推拼同步中基于同块同压的压力控制方法，其特征在于，在将目标水平合力矩及目标垂直合力矩换算到管片端三维坐标系的过程中，还包括：以盾构掘进方向为Z轴、推进系统的前端所在位置的圆心为原点O建立推进端三维坐标系O
‑
XYZ，所述目标总推力的目标力矩点A在推进端三维坐标系中OXY平面直角坐标系的坐标为(Mcosα,Msinα)，满足以下关系：Mcosα＝M
Th
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式八Msinα＝M
Tv
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式九式七至式九中，M
Th
为目标水平合力矩，M
Tv
为目标垂直合力矩，α为推进端三维坐标系中X轴逆时针旋转至目标力矩点与坐标原点O之间的连线角度；将目标力矩点A投影到管片端三维坐标系中OX
’
Y
’
平面直角坐标系得到投影点A＇，所述投影点A＇的坐标为Mcos(α
‑
β),Msin(α
‑
β)，结合式一至式三，可得到：Mcos(α
‑
β)＝M
Th
cosβ+M
Tv
sinβ
ꢀꢀꢀꢀ
式十Msin(α
‑
β)＝M
Tv
cosβ
‑
M
Th
sinβ
ꢀꢀꢀꢀ
式十一式十和式十一中，β为管片端三维坐标系相对于推进端三维坐标系的旋转角，Mcos(α
‑
β)为分配水平合力矩，Msin(α
‑
β)为分配垂直合力矩。6.一种盾构推拼同步中基于同块同压的压力控制系统，其特征在于，包括：获取单元，用于在盾构推拼同步的过程中，获取推进系统的目标总推力、目标水平合力矩以及目标垂直合...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱叶艇，秦元，袁向华，吴文斐，翟一欣，朱雁飞，龚卫，张闵庆，章博雅，孙骏，李若涵，谭春懿，蔡丹丹，桂诗玉，
申请(专利权)人：上海城建隧道装备有限公司，
类型：发明
国别省市：