软弱地层地铁盾构综合施工技术研究

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1、技术研究报告zhiyi软弱地层地铁盾构综合施工技术研究中铁十局集团第三建设有限公司二○一六年九月软弱地层地铁盾构综合施工技术研究1绪论1.1研究目的与意义进入21世纪以来随着国民经济和社会生产力的快速发展，发展中国家城市化进程不断加快，城市人口聚集与城市地面交通基础设施落后之间的矛盾日益凸显，为了缓解这一矛盾。现代化的城市建设逐渐开始发展立体式交通使得城市地下空间的开发和利用越來越多地受到人们的关注和重视。如今在土木与建筑工程领域的人们常说，19世纪是桥的世纪，20世纪是高层建筑的世纪，21世纪将是地下空间的世纪。尤其是城市地下空间的开发与利用，将会得到空前的发展。盾构

2、工法因其具有机械化程度高、掘进速度快、对周围环境影响小、施工安全性相对较高等优点，在城市地铁、市政、电力等地下隧道修建过程中得到了广泛应用。今后相当长的时期内，国内的城市地铁隧道、水工隧道、越江隧道、铁路隧道、市政管道等隧道工程将需要大量的盾构，中国将成为世界上地下工程使用隧道掘进机最多的国家。因此，隧道盾构施工技术在我国的发展前景非常广阔。如何在地铁盾构区间的建设过程中保证周围环境的安全，无疑是地铁盾构区间设计与施工过程中最重要的内容。而实际在项目的实施过程中，由于城市用地的紧张，往往需要突破上述规定。由于特殊情况,往往地铁暖道要在已建大型建构物边上穿越，或者在地铁隧

3、道边上建设大型基坑甚至超深基坑，再或者在以建地铁陵道近距离处施工另一地铁随道，以上这些工程实施均存在许多未知风险，如何控制风险，保证安全是急需解决的问题。盾构法隧道施工技术经过一百多年的发展，己经有了很大的进步，因盾构施工引起的周围建筑物的损坏也在减轻，但是盾构施工还是会不可避免地引起地层的扰动，引起地表沉降，特别是在软土盾构隧道中尤甚。当地层位移和变形超过一定的限度时就会危及周围邻近建筑物及其基础和地下管线的安全，引起一系列岩土环境工程问题。如何减少施工对周围土体的扰动程度，最大限度地减少施工对周围坏境以及居民生活的影响一直是大家所关心的问题。因此在软土地区对盾构施工

4、技术研究意义是重大的。一方面，可以保证盾构区间隧道施工的安全。另一方面，对于类似在建的盾构区间的设计起到指导作用。92软弱地层地铁盾构综合施工技术研究1.2国内外研究现状1.2.1软土地层盾构机姿态控制技术国内外研究现状近些年來，随着自动化技术的迅猛发展与广泛应用，国内外一些学者对盾构机掘进姿态的自动控制进行了研究。目前这些研究还主要集中在少数盾构技术发达的国家,如德国、日本、法国等。由于我国盾构设计和制造起步较晚，盾构技术的发尚处于研发与逐步国产化阶段，国内学者对位姿控制理论的系统研究成果还相对较少。1.2.1.2基于模糊理论的盾构机姿态控制理论由于盾构在掘进过程中随

5、时受到掘进工况和掘进机运行工况等不确定因素的影响，盾构推进的轨迹实际上会像蛇行走一样时起时伏，左右偏差地前进，称作“蛇形”。由于难以准确地建立盾构在推进过程中的数学模型,传统的控制方法难以在盾构的姿态控制中得到应用但是，模糊控制摆脱了对精确数学模型的依赖,模仿人的逻辑推力和决策过程,把专家或熟练操作者的操作和控制经验程序化。因此,随着盾构施工经验的累积和模糊控制理论的发展,模糊控制便广泛应用于盾构机姿态控制这一类难以建立精确数学模型的过程。L.A.Zadeh于1964年提出了模糊控制理论,桑原洋等1988年首次在盾构机方向控制上应用该理论,提出了卑向推进度的概念。采用单

6、推度来定量表征盾构千斤项工作模式,定义如下:式中的单推度与工作千斤顶的条数无关,与纠偏总推力有关。桑原洋等采用这种方向模糊控制器进行了实例试验,使用该方法的结果与从实验结果确认的熟练操作员的控制规律基本吻合。验证了模糊控制在盾构掘进控制中的适用性。仓两丰1991年在日本福市高速铁道1号线延伸部施上中应用了模糊自动控制进行掘进管理,取得了比较满意的效果。奥村等人发了应用模糊神经网络(FNN)控制盾构机掘进方向的系统系统由自动测量系统和控制系统组成。在控制系统设计中,为了谋求不失适应土质等掘进条件变化的全部自动化,所以设计为可以自动调整隶属函数的形式。浦泽仪、江良嘉宏等介绍

7、了应用于某深长隧道施工中的基于人工智能和模糊92软弱地层地铁盾构综合施工技术研究理论的控制系统。在国内此课题的研究比较少,现有研究大多数都是集中在怎么样用好国外的设备,保证施工质量和效率方面。目前,掘进装备的姿态控制主要由操作人员根据掘进装备当前的位姿偏差进行人上调整来实现,纠偏效果取决于盾构司机的经验。所以控制效果势必受到操作者个人技能、身体条件、情绪状况等因素的影响,使控制效果难以保障。胡瑕等研发了上海地铁二号线隧道轴线控制系统,该系统也采用了模糊控制,其中的推理法采用的是管野模糊推理法,但该系统仅是一个咨询系统,并没有参与对系统油压