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土压平衡控制方法. 路灯车出租佛山, 佛山路灯车, 佛山路灯车租赁 由于盾构掘进过程是一个极其复杂的过程,并且受到各种内外环境的干扰,因此影响密封舱土压的因素众多。一般盾构推力、推进速度、刀盘转速的大小能够直接影响到密封船的进土量,而螺旋输送机的转速大小关系着出土量,但是通常刀盘转速变化范围很小,一般不作为控制进土量的因素,而且盾构推力一般不易控制,所以工程上通常让推进速度负贵控制进土量,而让螺旋输送机转速负责控制排土量。从理论上讲,只要保证进土量和出土量相同,即通过调节螺旋输送机转速或者推进速度就能够维持密封舱土压平衡。然而考虑到地下土质的多样性及不稳定性并且密封舱内土压的实时变化,螺旋输送机的排土效率也将跟随着变化,因此,直接调整螺旋输送机转速或者推进速度得到准确的出土量和进土量是不现实的,即在掘进机理分析时可以让进土量和出土量相等进而进行理论推导,而在实际施工时是无法准确衡量进出土量是否相等的。因此,现场施工时通常釆取控制进土量或排土量多少的方式来间接控制密封船土压,进而使密封船土压与开挖面的水土压力保持动态平衡。而开挖面上的水土压力不能直接测量,因此根据不同的地质情况对密封舱土压值进行设定,并且将实时采集到的密封舱土压值与此设定值进行比较,并以两者差值的绝对值最小为目标来调节螺旋输送机转速或者推进速度,从而保证了密封船土压平衡。对于密封船土压的平衡控制主要有以下几种控制模式:
(1)推进控制模式。盾构机以一定的速度推进挖掘时,假如压力传感器实时采集的当前时刻土压值大于理论设定值,则减小推进速度;反之,则提高推进速度;假如两者相同,盾构保持原速度继续推进;这时螺旋输送机转速由工作人员根据地质工况及施工经验给定一个常值。
(2)排土控制模式。在盾构刀盘以某一固定的转速切削土体时,假如压力传感器实时釆集的当前时刻土压值小于土压设定值,则增加螺旋输送机转速;反之,则减小螺旋输送机转速;假如两者相同,则盾构继续保持原状推进;同样,这时盾构推进速度由工作人员根据地质工况及施工经验给定一个常值。
(3)推进排土结合控制模式。当以上两种控制模式同时结合使用时,土压平衡控制效果一般会更加理想,但是实际盾构施工大多都是基于人工操作的,面对土压的动态变化操作者很难同时确定两者速度的大小,所以可以尝试结合先进的算法对其实行自动控制. 在盾构现场施工时,应严格依据具体工况适当调节推进速度和螺旋输送机转速。若螺旋输送机转速过快或者推进速度过低,则排土量过多,那么由于幵挖土体损失过多将会导致地层±丹塌或地表沉降;相反,如果出土量过少,将会引起地面隆起。
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密封舱土压受到多种因素的影响,为建立准确的土压预测模型,下面重点分析影响密封舱土压变化的掘进参数。 密封般土压与推力、推进速度、螺旋输送机转速的关系刀盘旋转切削下来的泥土进入土船内,注入润滑剂并且充分搅拌混合均匀后通过螺旋输送机排出舱外。假如切削的土体土量与排出的土量相同,则密封舱处在土压平衡状态。接下来根据进出进出土量相平衡理论,确立盾构施工过程中从土体被开挖进入土船后到被螺旋输送机排出以及土体受到压缩等复杂操作的连续性方程。密封舱进土量 其中,为刀盘半径;V是盾构掘进速度;S为切削刀盘面积。螺旋输送机出土量。为排土效率;^为螺旋输送机有效的接触面积;r为旋转螺旋叶片螺距;n力螺旋输送机转速;r,为螺旋输送机半径;r,为螺旋输送机轴半径。而土压平衡盾构密封船内流量连续性方程:Qi=Qo+c 其中,c⑦为密封船外部泄露系数;为密封舱内的土压;P。为密封舱外泄漏土压;K为密封舱容积;,为密封舱土料、液体、气体的有效压缩系数。在盾构施工过程中,推进液压赶提供推进动力,把盾构本身作为研究对象,它的力学平衡方程为:其中,是盾构总推力,/是推进时的总阻力,P是刀盘面板上的土压,m为盾构的质量,为盾构推进的加速度。考虑到实际盾构过程中,掘进速度非常缓慢,所以可以近似勾速运动,对于面板式盾构,正常盾构情况下,刀盘面板上的土压和密封船内的土压有如下关系:其中,i)为刀盘直径;5为面板上的压力附加值为开口率。整理以上各式,可得到密封船土压与推力、推进速度及螺旋输送机转速之间的关系模型:从上式可以看出,在盾构掘进过程中,推力、推进速度及螺旋输送机转速这三个掘进参数对密封船土压的变化有着重要的影响。
密封舱土压与刀盘转速的关系盾构施工过程中,开挖面原始的土压是原状土体的初始土压。实际上,幵挖面上的土压并不是保持不变的,相反是经常变化的。对于刀盘面板上的土压有:其中,为土压沿轴的状态的因数;F(…为土压沿y轴的状态的因数;和6为常数;v,为刀盘转速;r为刀盘上计算点的半径;为侧向土压系数;为地面到盾构轴线的距离;0是相关测量角度;为土的重度。会得到密封舱土压与刀盘转速的关系式,密封舱土压与刀盘扭矩的关系盾构的刀盘扭矩是盾构掘进过程中的重要参数,是保证盾构正常、安全推进的参数之一。如果盾构密封舱内部排土不流畅就会造成顶力突然增大,进而导致刀盘扭矩急剧上升,此时密封船内土压也会相应的增大,这种现象在现场施工以及盾构模拟实验中时有发生。但是在以往关于密封舱土压预测及控制模型中很少考虑刀盘扭矩这个重要的掘进参数,对刀盘扭矩的研究主要集中在刀盘扭矩的计算公式上。因此,本文首先着重分析刀盘扭矩和密封能土压之间的关系,然后在建立土压预测模型时考虑把刀盘扭矩作为输入变量之一,期望提高模型的预测精度。刀盘扭矩主要由摩擦扭矩、切削扭矩和搅拌扭矩构成。从影响刀盘扭矩的因素角度给出了计算刀盘的切削扭矩的关系公式:其中,刀盘的切削扭矩;土体内摩擦角;切削面土体的粘聚力。揭示出了刀盘扭矩与密封舱土压的关系,表明刀盘扭矩的变化会影响盾构密封舱土压。此外,指出决定刀盘扭矩的是盾构和开挖面土体的接触压力,即刀盘面板上的土压,并且通过拟合刀盘扭矩与密封舱土压的关系证明了这一观点。但是,由于单纯的利用数学物理推导两者的参数关系时尚有困难,因此给出了刀盘扭矩、密封舱土压和刀盘转速之间的半经验关系式M=K^pv,为刀盘扭矩;尤为与刀盘形式、土性有关的参数。 为了证明上述数学理论公式的合理性,下面采用盾构实际施工数据说明刀盘扭矩、推力和密封般土压之间的相关关系。数据来源于广州地铁3号线天华右线182环掘进地段,隧道区间覆土较厚、地面没有建筑物,地质主要为软土层,隧道埋深为20米。此盾构刀盘上安置了上下左右四个土压传感器,土压数据来源于最上方压力传感器所采集的土压值,推力传感器、刀盘扭矩传感器分别采集对应的盾构总推力和刀盘扭矩数值。 盾构刀盘扭矩与盾构推力的相关关系曲线,能够发现,当推进路程的逐渐增大,两者的增大和减小趋势基本一致。可见,刀盘扭矩与盾构推力有着较好的相关性。同样能够发现,当推进路程逐渐增大,盾构总推力与密封舱土压变化趋势基本同步,说明二者具有良好的相关性。刀盘扭矩、推力和密封船土压之间相互影响,从实际工程数据的角度上也说明了刀盘扭矩的变化会对盾构密封舱土压产生影响。通过以上分析,可以初步得到如下结论:盾构密封舱内的土压与盾构总推力、推进速度、螺旋输送机转速、刀盘转速和刀盘扭矩具有非线性的依赖关系。但是盾构掘进过程是一个复杂、非线性、多变量,并且掘进参数之间存在强稱合的工业对象,因此基于机理分析而推导出来的掘进参数的数学物理关系式都难以建立准确、可靠的土压的预测模型。基于此,下文将采用基于统计学习理论的最小二乘支持向量机建立密封舱土压的非线性预测模型。
首先对土压平衡控制的原理进行详细阐述,包括分析幵挖面稳定状态、密封般土压设定值的计算、土压控制的模式,并明确通过控制进出土量可以保持密封能内各点土压值与各自土压理论设定值相等。最后,通过掘进机理分析找到影响密封舱土压变化的主要掘进参数,为建立密封般土压预测和优化控制做好准备工作。
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