基于液壓恒壓網(wǎng)絡(luò)的盾構(gòu)土壓平衡控制研究.pdf

1、盾構(gòu)法施工是目前世界上暗挖隧洞施工最為有效的手段。土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)是盾構(gòu)法施工中應(yīng)用最為廣泛的盾構(gòu)機(jī)。盾構(gòu)土壓平衡(EPB)系統(tǒng)的性能直接影響土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)的施工質(zhì)量和施工效率，對土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)能否滿足盾構(gòu)施工要求至關(guān)重要。因此研究如何提高盾構(gòu)EPB系統(tǒng)的性能具有重要的工程意義。然而，在地下施工現(xiàn)場開展研究，既不經(jīng)濟(jì)也不安全、合理，因而本文提出一種基于液體動力控制原理的盾構(gòu)EPB電液模擬系統(tǒng)，擬通過對盾構(gòu)EPB電液模擬系統(tǒng)的模擬土壓

2、控制動態(tài)特性的研究尋找到提高盾構(gòu)EPB系統(tǒng)控制品質(zhì)的有效方法。 目前，盾構(gòu)EPB系統(tǒng)的控制主要采用泵控馬達(dá)方式，即通過對動力源液壓泵流量的調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)驅(qū)動螺旋輸送機(jī)的液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速控制。由于受挖掘的土質(zhì)、變量泵的死區(qū)特性等時變和非線性因素以及盾構(gòu)推進(jìn)速度的影響，這類泵控馬達(dá)式盾構(gòu)EPB系統(tǒng)的動態(tài)特性有時難以滿足工程要求，由此可能帶來開挖面崩塌和地表沉陷或隆起超允許范圍等潛在危險。恒壓網(wǎng)絡(luò)變量馬達(dá)系統(tǒng)由于具有響應(yīng)速度快和可回收慣性能等

3、特點(diǎn)，可以推斷，若將該技術(shù)應(yīng)用于盾構(gòu)機(jī)液壓系統(tǒng)，應(yīng)可改善盾構(gòu)EPB系統(tǒng)的動態(tài)特性，使盾構(gòu)開挖面崩塌等危險減至更低程度；同時也可提高盾構(gòu)設(shè)備的運(yùn)行效率，降低施工成本。 本文首先通過分析盾構(gòu)EPB控制系統(tǒng)的組成與工作原理，提出一種基于液體動力控制原理的盾構(gòu)EPB電液模擬系統(tǒng)。根據(jù)盾構(gòu)EPB系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，建立電液物理模擬系統(tǒng)，通過調(diào)節(jié)模擬系統(tǒng)的電液控制變量或參量，來實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)EPB系統(tǒng)的進(jìn)、出土工況和土質(zhì)、推進(jìn)速度等干擾變化工況的模擬。

4、研究結(jié)果表明：該模擬系統(tǒng)原理可行，模擬方便，試驗(yàn)效率較高。 在研制出盾構(gòu)EPB電液模擬系統(tǒng)后，本文主要對比研究了泵控馬達(dá)式盾構(gòu)EPB電液模擬系統(tǒng)和基于恒壓網(wǎng)絡(luò)的盾構(gòu)EPB電液模擬系統(tǒng)性能差異。首先研究了盾構(gòu)EPB控制系統(tǒng)中常用的PID算法下泵控馬達(dá)式盾構(gòu)EPB電液模擬系統(tǒng)的控制特性，然后針對常規(guī)PID算法無法解決泵控馬達(dá)式盾構(gòu)EPB電液模擬系統(tǒng)響應(yīng)速度與穩(wěn)態(tài)精度的矛盾，本文提出了一種逆向變速積分PID算法，并將逆向變速積分思想溶

5、入到所設(shè)計的模糊自適應(yīng)整定PID土壓控制器中。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，這兩種控制算法較傳統(tǒng)PID算法具有更優(yōu)良的控制品質(zhì)，對提高盾構(gòu)EPB控制系統(tǒng)的性能具有一定的參考作用。 在基于恒壓網(wǎng)絡(luò)的盾構(gòu)EPB模擬系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究中，本文主要研究了在PID控制和模糊自適應(yīng)整定PID控制下系統(tǒng)的控制特性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在采用相同控制算法時，基于恒壓網(wǎng)絡(luò)的盾構(gòu)EPB模擬系統(tǒng)的控制品質(zhì)明顯優(yōu)于泵控馬達(dá)式盾構(gòu)EPB模擬系統(tǒng)，甚至采用傳統(tǒng)PID控制算法的基于恒