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1、第22卷第1期地下空间Vol.23No.12003年3月UNDERGROUNDSPACEMar.2003文章编号:1001831X(2003)01007504盾构姿态自动控制技术的应用与发展12李惠平,夏明耀(1上海理工大学城市建设与交通工程学院,上海200093;2同济大学地下建筑与工程系,上海200092)摘要:为了保证地下隧道施工的高效及安全性,盾构掘进机的自动化技术得到了研究发展。目前这些研究主要集中于盾构技术发达的国
2、家,在我国还很少。本文总结了国内外盾构姿态自动控制技术的研究现状,阐述了该项技术在国内开展研究的必要性和迫切性。关键词:盾构;姿态;自动控制+中图分类号:U455.39文献标识码:A置。1引言Nxt=aixi-1+i自1825年在英国太晤士河下首次使用盾构法i=1N修建第一条隧道以来,盾构法已有170多年的历yi=biyi-1+i史。由于其独特的优越性,世界上许多国家和地区i=1由于卡尔曼滤波理论非常繁解,并且要进行大量回修建或正在修建的城市隧道、越江或越海隧道大多归工作,所以它的应用范围受
3、到很大的限制。采用盾构法修建。随着盾构机由低级到高级,由手工操作到计算机监控机械化施工不断地得到发展和完善,盾构法也日趋成熟。近年来,为了实现城市地下隧道施工的高效及安全性,盾构掘进机的自动化技术得到了发展。自动化技术应用于盾构法施工的目的之一就是使盾构机尽量准确地沿设计路线自动推进。2盾构姿态自动控制技术的研究现状图1偏离量的隶属函数(2)桑原洋等1988年讨论了模糊控制在盾构世界上不少发达国家,如欧美一些国家和日[2]掘进控制中的适用性。模糊控制的特点类似人本,较早地在地下隧道施工中应用了盾构法,由此的思维,与
4、经典控制理论的最大区别就是它没有严也带动了科研人员对盾构法施工中引发的各种问格的数学模型。模糊控制是在以往工作经验的基题进行深入的研究,大大推动了盾构法的完善和发础上形成一系列的控制规则,依照这些规则对盾构展。随着自动控制的广泛应用,一些学者对盾构的进行控制。他提出了单向推进度的概念,定义如下自动控制进行了研究。[1]式。(1)酒井邦登等人1987年将卡尔曼滤波理论使用的千斤顶距盾构中心的距离之和(KalmanFilterTheory)应用于盾构控制。使用的数单向推进度=作用千斤顶数千斤顶距盾构中心最大值学模型为自回归
5、模型(Autoregressive(AR)Model),仓冈丰1991年在福市高速铁道1号线延伸部[3]它是建立在统计的基础上的,用下式来预测盾构位施工中应用了模糊自动控制进行掘进管理,取得收稿日期:20021203(修改稿)作者简介:李惠平(1973),女,河北人,博士,讲师,主要从事盾构姿态的自动控制研究。76地下空间第23卷了比较满意的效果。他采用的是三角形隶属函数,轴线控制系统,该系统也采用了模糊控制,其中的如图1所示。推理法采用的是管野模糊推理法。但该系统
6、仅是浦氵尺仪等人介绍了应用于某深长隧道施工中一个咨询系统,并没有参与对系统油压的实时控[4]的自动控制系统。该系统为人工智能和模糊理制。论的新系统,它具有自动控制泥浆和挖土量、盾构(3)清水贺之等人等1992年开始应用现代控位置的功能,并高精度地完成了一个隧道的施工。制理论对盾构掘进机的控制进行了一系列研[6-9]研究人员为了进行比较,在一部分施工地段用熟练究。他们从研究盾构在土中的运动特性入手,人员(有12年工作经验)进行了手工控制与自动控通过模型实验,建立描述盾构运动的线性数学模制比较,结果表明,与手工相比,该系统
7、能在极短的型,并采用极点配置法进行控制系统的设计。在他时间内进行控制,提高了施工精度。们的研究中,采用的试验设备及模型如图2所示:[5]在国内,胡珉等开发了上海地铁二号线隧道图2模型试验设备及模型图3模型试验结果2003年第1期李惠平等:盾构姿态自动控制技术的应用与发展77试验装置是由外径约400mm,长350mm的盾得到盾构在土中运动的运动模型,即构机模型,以及相当于管片的支持管和移动台架,di=Ki11Mji+Ki12装载土砂罐的固定支架,排土罐,油压泵,试验装置dz控制盘等构成。移
8、动台架和土砂罐之间由两台油di=Ki21Mji+Ki22dz压千斤顶连结,模型的掘进速度靠调整油压来控式中,Ki11、Ki12、Ki21、Ki22为模型系数;制,在土中可掘进900mm,掘削下来的土砂由真空i为横摆角(i=y)或纵摆角(i=p);泵吸到排土罐中。使用的试验方法是,当盾构模型推进时,在盾i为盾构形心偏离设计轴线的位
