超大斷面盾構(gòu)推進(jìn)電液控制系統(tǒng)低圍巖擾動(dòng)調(diào)控方法

項(xiàng)目針對超大斷面盾構(gòu)尺寸、自重和電液系統(tǒng)功率的增加，引起盾構(gòu)掘進(jìn)姿態(tài)改變和電液系統(tǒng)控制參數(shù)調(diào)整過程中圍巖擾動(dòng)過大的問題，從掘進(jìn)載荷建模、推進(jìn)電液系統(tǒng)擾動(dòng)分析與參數(shù)優(yōu)化、復(fù)雜地質(zhì)條件下盾構(gòu)推進(jìn)電液系統(tǒng)控制方法三個(gè)方面，研究了超大斷面盾構(gòu)推進(jìn)電液系統(tǒng)低圍巖擾動(dòng)調(diào)控方法。分析了掘進(jìn)過程中盾構(gòu)與圍巖相互作用的力學(xué)行為，研究了圍巖地質(zhì)參數(shù)、掘進(jìn)裝備動(dòng)力參數(shù)、位姿參數(shù)對掘進(jìn)載荷的影響規(guī)律，綜合考慮掘進(jìn)載荷的多種影響因素及其不確定性，提出了數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的掘進(jìn)載荷建模方法，實(shí)現(xiàn)了盾構(gòu)在非均勻地層中掘進(jìn)載荷的預(yù)測和分析，并結(jié)合施工實(shí)例，對載荷模型的有效性進(jìn)行了驗(yàn)證；運(yùn)用CFD數(shù)值模擬方法以及代理模型技術(shù)，分析了液壓系統(tǒng)控制閥特征參數(shù)切換過程中系統(tǒng)壓力與流量瞬變特性，以減小壓力擾動(dòng)幅值為優(yōu)化目標(biāo)，利用正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法篩選主要影響參數(shù)作為設(shè)計(jì)變量，運(yùn)用最優(yōu)拉丁超立方法構(gòu)建采樣空間和代理模型，采用模擬退火算法求解模型全局最優(yōu)解，獲取了具有最小系統(tǒng)擾動(dòng)特征的推進(jìn)電液系統(tǒng)參數(shù)組合；針對盾構(gòu)位姿調(diào)整運(yùn)動(dòng)特性及地層對盾構(gòu)約束載荷特性進(jìn)行了分析，建立了盾構(gòu)位姿調(diào)整過程的動(dòng)力學(xué)方程，在圍巖載荷信息前饋、推進(jìn)電液系統(tǒng)參數(shù)調(diào)整規(guī)律優(yōu)化基礎(chǔ)上，提出了具有低圍巖擾動(dòng)特征的超大斷面盾構(gòu)推進(jìn)電液系統(tǒng)調(diào)控方法，并通過模擬實(shí)驗(yàn)對所提出的盾構(gòu)推進(jìn)電液系統(tǒng)調(diào)控方法的效果進(jìn)行了驗(yàn)證。通過項(xiàng)目的實(shí)施，目前已發(fā)表論文7篇，其中SCI論文5篇（JCR Q1 3篇，JCR Q2 2篇），EI論文2篇，授權(quán)發(fā)明專利7項(xiàng)，受理發(fā)明專利2項(xiàng)，獲得2018年遼寧省自然科學(xué)學(xué)術(shù)成果獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)1項(xiàng)，國際會(huì)議最佳論文獎(jiǎng)（Best Paper Award）1項(xiàng)。 2100433B

降低掘進(jìn)過程中盾構(gòu)對圍巖的擾動(dòng)是防止地表變形、塌陷的關(guān)鍵。前期研究發(fā)現(xiàn)，超大斷面盾構(gòu)掘進(jìn)過程中存在嚴(yán)重的圍巖擾動(dòng)問題，包括盾構(gòu)姿態(tài)調(diào)整對圍巖擠壓引起的“調(diào)姿擾動(dòng)”和電液系統(tǒng)工作參數(shù)快速切換引起的“變參擾動(dòng)”。上述問題是制約超大斷面盾構(gòu)安全掘進(jìn)的瓶頸。.本項(xiàng)目針對上述問題，一方面分析掘進(jìn)過程中盾構(gòu)與圍巖相互作用的力學(xué)行為，建立圍巖對盾構(gòu)的多維載荷模型，揭示斷面異類圍巖對盾構(gòu)姿態(tài)、軌跡的影響規(guī)律，在此基礎(chǔ)上對推進(jìn)電液系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)力進(jìn)行預(yù)先調(diào)控，實(shí)現(xiàn)干擾補(bǔ)償，降低“調(diào)姿擾動(dòng)”；另一方面，建立大功率推進(jìn)電液系統(tǒng)多維度耦合分析模型，研究系統(tǒng)控制閥特征參數(shù)快速切換引起的系統(tǒng)壓力沖擊對掘進(jìn)界面的影響，提出推進(jìn)電液系統(tǒng)控制閥特征參數(shù)切換規(guī)律優(yōu)化方法，實(shí)現(xiàn)控制參數(shù)低圍巖擾動(dòng)切換，降低“變參擾動(dòng)”；基于上述工作，形成超大斷面盾構(gòu)推進(jìn)電液系統(tǒng)低圍巖擾動(dòng)調(diào)控方法。預(yù)期成果對提高超大斷面隧道施工的安全性具有積極意義。

《超大特長盾構(gòu)法:隧道工程設(shè)計(jì)》內(nèi)容簡介：我國大型盾構(gòu)法隧道工程建設(shè)起步稍晚，但隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)展、大深度地下空間開發(fā)和大斷面道路隧道需求的增長，盾構(gòu)法隧道已得到了廣泛的運(yùn)用，而超大、特長盾構(gòu)法隧道工程設(shè)計(jì)已成為新的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。

全書共分六章，依托目前世界上最大直徑、特長距離、深埋的上海長江隧道的工程設(shè)計(jì)，緊扣超大、特長隧道的特點(diǎn)，著重介紹大直徑襯砌結(jié)構(gòu)受力性能、撓曲剛度分析；特長隧道導(dǎo)致的通風(fēng)、排煙、降溫難題的解決；多功能隧道防災(zāi)體系綜合考慮；高水壓下襯砌防水設(shè)計(jì)優(yōu)化以及長大隧道結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)響應(yīng)全三維數(shù)值仿真分析等。還詳細(xì)介紹了1：l襯砌結(jié)構(gòu)試驗(yàn)；隧道內(nèi)噴霧降溫試驗(yàn)與研究；隧道全比例火災(zāi)試驗(yàn)；混凝土結(jié)構(gòu)防火抗爆裂試驗(yàn)以及試驗(yàn)研究成果的及時(shí)轉(zhuǎn)化。

書中突出總體設(shè)計(jì)方案的沿革，優(yōu)化過程；各子系統(tǒng)的比選、設(shè)計(jì)，新技術(shù)、新材料、新工藝、新設(shè)備的運(yùn)用。同時(shí)還介紹了一些新的見解與工程實(shí)踐，并通過運(yùn)營后的工程檢測，反映工程建設(shè)質(zhì)量良好。

希望《超大特長盾構(gòu)法:隧道工程設(shè)計(jì)》的出版能對工程設(shè)計(jì)人員、科研人員提供很好的借鑒并有所參考助益。

前言

第1章 緒論

1.1引言

1.2盾構(gòu)的發(fā)展歷史及研究狀況

1.2.1盾構(gòu)發(fā)展歷史

1.2.2國外盾構(gòu)研究狀況

1.2.3國內(nèi)盾構(gòu)研究狀況

1.3土壓平衡盾構(gòu)推進(jìn)系統(tǒng)研究

參考文獻(xiàn)

第2章 推進(jìn)系統(tǒng)力學(xué)建模

2.1推進(jìn)系統(tǒng)受力分析

2.1.1推進(jìn)系統(tǒng)掘進(jìn)阻力分析

2.1.2推進(jìn)系統(tǒng)水平阻力矩分析

2.1.3推進(jìn)系統(tǒng)縱向阻力矩分析

2.2推進(jìn)系統(tǒng)力學(xué)模型構(gòu)建

2.3本章小結(jié)

參考文獻(xiàn)

第3章 推進(jìn)系統(tǒng)力傳遞特性分析

3.1均勻地層下推進(jìn)系統(tǒng)空間力橢圓模型構(gòu)建及力傳遞特性分析

3.1.1均勻系統(tǒng)空間力橢圓模型構(gòu)建及力傳遞特性分析

3.1.2四分區(qū)系統(tǒng)空間力橢圓模型構(gòu)建及力傳遞特性分析

3.1.3非均勻系統(tǒng)空間力橢圓模型構(gòu)建及力傳遞特性分析

3.1.4空間力橢圓模型應(yīng)用

3.2復(fù)合地層下推進(jìn)系統(tǒng)空間力橢圓模型構(gòu)建及力傳遞特性分析

3.2.1推進(jìn)系統(tǒng)偏心率“樹干”模型構(gòu)建及力傳遞特性分析

3.2.2推進(jìn)系統(tǒng)偏心率圓錐面模型構(gòu)建及力傳遞特性分析

3.2.3推進(jìn)系統(tǒng)適應(yīng)性模型構(gòu)建及力傳遞特性分析

3.3本章小結(jié)

參考文獻(xiàn)

第4章 推進(jìn)系統(tǒng)力傳遞評估方法及指標(biāo)

4.1偏心率“樹干”法

4.2推力變化相對系數(shù)法

4.3推力變異系數(shù)法

4.4本章小結(jié)

參考文獻(xiàn)

第5章 推進(jìn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用

5.1盾構(gòu)推進(jìn)系統(tǒng)承載能力分析

5.1.1獲取基于空間力橢圓模型的承載系數(shù)

5.1.2推進(jìn)系統(tǒng)力承載系數(shù)特性分析

5.1.3盾構(gòu)推進(jìn)系統(tǒng)承載特征線模型的應(yīng)用

5.2基于變剛度推進(jìn)系統(tǒng)變形特性分析

5.2.1盾構(gòu)推進(jìn)系統(tǒng)變形橢圓模型構(gòu)建

5.2.2均勻系統(tǒng)變形特性分析

5.2.3非均勻系統(tǒng)變形特性分析

5.2.4復(fù)合地層下推進(jìn)系統(tǒng)變形樹干模型構(gòu)建

5.3基于變剛度推進(jìn)系統(tǒng)振動(dòng)固有頻率特性分析

5.3.1推進(jìn)系統(tǒng)振動(dòng)模型構(gòu)建

5.3.2推進(jìn)系統(tǒng)振動(dòng)頻率線構(gòu)建

5.4均勻地層下推進(jìn)系統(tǒng)布局設(shè)計(jì)優(yōu)化方法及應(yīng)用

5.4.1推進(jìn)系統(tǒng)布局設(shè)計(jì)總體性評價(jià)指標(biāo)

5.4.2均勻地層下盾構(gòu)非均勻推進(jìn)系統(tǒng)布局優(yōu)化設(shè)計(jì)

5.4.3均勻地層下盾構(gòu)分區(qū)推進(jìn)系統(tǒng)布局優(yōu)化設(shè)計(jì)

5.5復(fù)合地層下推進(jìn)系統(tǒng)布局設(shè)計(jì)優(yōu)化方法及應(yīng)用

5.5.1等差布局設(shè)計(jì)

5.5.2幾何級(jí)數(shù)布局設(shè)計(jì)

5.5.3北京、石家莊等城市地鐵隧道施工建設(shè)案例

5.5.4德國杜塞爾多夫城市地鐵隧道施工建設(shè)案例

5.6本章小結(jié)

參考文獻(xiàn) 2100433B

本書首先介紹了盾構(gòu)的發(fā)展歷程、國內(nèi)外相關(guān)研究成果和土壓平衡盾構(gòu)推進(jìn)系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀，建立了盾構(gòu)推進(jìn)系統(tǒng)的力學(xué)模型，構(gòu)建了均勻地層和復(fù)合地層下的盾構(gòu)推進(jìn)系統(tǒng)空間力橢圓模型；之后對該空間力橢圓模型的傳遞特性進(jìn)行了分析，提出了推進(jìn)系統(tǒng)力傳遞評估方法及指標(biāo);*后介紹了盾構(gòu)推進(jìn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特性分析和設(shè)計(jì)優(yōu)化方法，并給出了相關(guān)地鐵隧道施工建設(shè)的實(shí)際案例。

本書可供高等院校機(jī)械工程相關(guān)專業(yè)的高年級(jí)本科生和研究生使用，也可供從事工程設(shè)計(jì)、優(yōu)化評估等方面的工程技術(shù)人員和科研人員參考。