基于液壓恒壓網絡的盾構土壓平衡控制研究.pdf

1、盾構法施工是目前世界上暗挖隧洞施工最為有效的手段。土壓平衡式盾構機是盾構法施工中應用最為廣泛的盾構機。盾構土壓平衡(EPB)系統(tǒng)的性能直接影響土壓平衡式盾構機的施工質量和施工效率，對土壓平衡式盾構機能否滿足盾構施工要求至關重要。因此研究如何提高盾構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，既不經濟也不安全、合理，因而本文提出一種基于液體動力控制原理的盾構EPB電液模擬系統(tǒng)，擬通過對盾構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EPB系統(tǒng)控制品質的有效方法。 目前，盾構EPB系統(tǒng)的控制主要采用泵控馬達方式，即通過對動力源液壓泵流量的調節(jié)實現(xiàn)驅動螺旋輸送機的液壓馬達的轉速控制。由于受挖掘的土質、變量泵的死區(qū)特性等時變和非線性因素以及盾構推進速度的影響，這類泵控馬達式盾構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。恒壓網絡變量馬達系統(tǒng)由于具有響應速度快和可回收慣性能等

3、特點，可以推斷，若將該技術應用于盾構機液壓系統(tǒng)，應可改善盾構EPB系統(tǒng)的動態(tài)特性，使盾構開挖面崩塌等危險減至更低程度；同時也可提高盾構設備的運行效率，降低施工成本。 本文首先通過分析盾構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EPB電液模擬系統(tǒng)。根據(jù)盾構EPB系統(tǒng)數(shù)學模型，建立電液物理模擬系統(tǒng)，通過調節(jié)模擬系統(tǒng)的電液控制變量或參量，來實現(xiàn)盾構EPB系統(tǒng)的進、出土工況和土質、推進速度等干擾變化工況的模擬。

4、研究結果表明：該模擬系統(tǒng)原理可行，模擬方便，試驗效率較高。 在研制出盾構EPB電液模擬系統(tǒng)后，本文主要對比研究了泵控馬達式盾構EPB電液模擬系統(tǒng)和基于恒壓網絡的盾構EPB電液模擬系統(tǒng)性能差異。首先研究了盾構EPB控制系統(tǒng)中常用的PID算法下泵控馬達式盾構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式盾構EPB電液模擬系統(tǒng)響應速度與穩(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、入到所設計的模糊自適應整定PID土壓控制器中。實驗結果表明，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，對提高盾構EPB控制系統(tǒng)的性能具有一定的參考作用。 在基于恒壓網絡的盾構EPB模擬系統(tǒng)的實驗研究中，本文主要研究了在PID控制和模糊自適應整定PID控制下系統(tǒng)的控制特性。實驗結果表明，在采用相同控制算法時，基于恒壓網絡的盾構EPB模擬系統(tǒng)的控制品質明顯優(yōu)于泵控馬達式盾構EPB模擬系統(tǒng)，甚至采用傳統(tǒng)PID控制算法的基于恒