超大斷面盾構推進電液控制系統(tǒng)低圍巖擾動調(diào)控方法

項目針對超大斷面盾構尺寸、自重和電液系統(tǒng)功率的增加，引起盾構掘進姿態(tài)改變和電液系統(tǒng)控制參數(shù)調(diào)整過程中圍巖擾動過大的問題，從掘進載荷建模、推進電液系統(tǒng)擾動分析與參數(shù)優(yōu)化、復雜地質(zhì)條件下盾構推進電液系統(tǒng)控制方法三個方面，研究了超大斷面盾構推進電液系統(tǒng)低圍巖擾動調(diào)控方法。分析了掘進過程中盾構與圍巖相互作用的力學行為，研究了圍巖地質(zhì)參數(shù)、掘進裝備動力參數(shù)、位姿參數(shù)對掘進載荷的影響規(guī)律，綜合考慮掘進載荷的多種影響因素及其不確定性，提出了數(shù)據(jù)驅(qū)動的掘進載荷建模方法，實現(xiàn)了盾構在非均勻地層中掘進載荷的預測和分析，并結合施工實例，對載荷模型的有效性進行了驗證；運用CFD數(shù)值模擬方法以及代理模型技術，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，以減小壓力擾動幅值為優(yōu)化目標，利用正交實驗設計方法篩選主要影響參數(shù)作為設計變量，運用最優(yōu)拉丁超立方法構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)擾動特征的推進電液系統(tǒng)參數(shù)組合；針對盾構位姿調(diào)整運動特性及地層對盾構約束載荷特性進行了分析，建立了盾構位姿調(diào)整過程的動力學方程，在圍巖載荷信息前饋、推進電液系統(tǒng)參數(shù)調(diào)整規(guī)律優(yōu)化基礎上，提出了具有低圍巖擾動特征的超大斷面盾構推進電液系統(tǒng)調(diào)控方法，并通過模擬實驗對所提出的盾構推進電液系統(tǒng)調(diào)控方法的效果進行了驗證。通過項目的實施，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，授權發(fā)明專利7項，受理發(fā)明專利2項，獲得2018年遼寧省自然科學學術成果獎二等獎1項，國際會議最佳論文獎（Best Paper Award）1項。 2100433B

降低掘進過程中盾構對圍巖的擾動是防止地表變形、塌陷的關鍵。前期研究發(fā)現(xiàn)，超大斷面盾構掘進過程中存在嚴重的圍巖擾動問題，包括盾構姿態(tài)調(diào)整對圍巖擠壓引起的“調(diào)姿擾動”和電液系統(tǒng)工作參數(shù)快速切換引起的“變參擾動”。上述問題是制約超大斷面盾構安全掘進的瓶頸。.本項目針對上述問題，一方面分析掘進過程中盾構與圍巖相互作用的力學行為，建立圍巖對盾構的多維載荷模型，揭示斷面異類圍巖對盾構姿態(tài)、軌跡的影響規(guī)律，在此基礎上對推進電液系統(tǒng)驅(qū)動力進行預先調(diào)控，實現(xiàn)干擾補償，降低“調(diào)姿擾動”；另一方面，建立大功率推進電液系統(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)壓力沖擊對掘進界面的影響，提出推進電液系統(tǒng)控制閥特征參數(shù)切換規(guī)律優(yōu)化方法，實現(xiàn)控制參數(shù)低圍巖擾動切換，降低“變參擾動”；基于上述工作，形成超大斷面盾構推進電液系統(tǒng)低圍巖擾動調(diào)控方法。預期成果對提高超大斷面隧道施工的安全性具有積極意義。

《超大特長盾構法:隧道工程設計》內(nèi)容簡介：我國大型盾構法隧道工程建設起步稍晚，但隨著經(jīng)濟建設發(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，盾構法隧道已得到了廣泛的運用，而超大、特長盾構法隧道工程設計已成為新的熱點和難點。

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計，緊扣超大、特長隧道的特點，著重介紹大直徑襯砌結構受力性能、撓曲剛度分析；特長隧道導致的通風、排煙、降溫難題的解決；多功能隧道防災體系綜合考慮；高水壓下襯砌防水設計優(yōu)化以及長大隧道結構動態(tài)響應全三維數(shù)值仿真分析等。還詳細介紹了1：l襯砌結構試驗；隧道內(nèi)噴霧降溫試驗與研究；隧道全比例火災試驗；混凝土結構防火抗爆裂試驗以及試驗研究成果的及時轉化。

書中突出總體設計方案的沿革，優(yōu)化過程；各子系統(tǒng)的比選、設計，新技術、新材料、新工藝、新設備的運用。同時還介紹了一些新的見解與工程實踐，并通過運營后的工程檢測，反映工程建設質(zhì)量良好。

希望《超大特長盾構法:隧道工程設計》的出版能對工程設計人員、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盾構的發(fā)展歷史及研究狀況

1.2.1盾構發(fā)展歷史

1.2.2國外盾構研究狀況

1.2.3國內(nèi)盾構研究狀況

1.3土壓平衡盾構推進系統(tǒng)研究

參考文獻

第2章 推進系統(tǒng)力學建模

2.1推進系統(tǒng)受力分析

2.1.1推進系統(tǒng)掘進阻力分析

2.1.2推進系統(tǒng)水平阻力矩分析

2.1.3推進系統(tǒng)縱向阻力矩分析

2.2推進系統(tǒng)力學模型構建

2.3本章小結

參考文獻

第3章 推進系統(tǒng)力傳遞特性分析

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

3.1.4空間力橢圓模型應用

3.2復合地層下推進系統(tǒng)空間力橢圓模型構建及力傳遞特性分析

3.2.1推進系統(tǒng)偏心率“樹干”模型構建及力傳遞特性分析

3.2.2推進系統(tǒng)偏心率圓錐面模型構建及力傳遞特性分析

3.2.3推進系統(tǒng)適應性模型構建及力傳遞特性分析

3.3本章小結

參考文獻

第4章 推進系統(tǒng)力傳遞評估方法及指標

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

參考文獻

第5章 推進系統(tǒng)設計及應用

5.1盾構推進系統(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推進系統(tǒng)力承載系數(shù)特性分析

5.1.3盾構推進系統(tǒng)承載特征線模型的應用

5.2基于變剛度推進系統(tǒng)變形特性分析

5.2.1盾構推進系統(tǒng)變形橢圓模型構建

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復合地層下推進系統(tǒng)變形樹干模型構建

5.3基于變剛度推進系統(tǒng)振動固有頻率特性分析

5.3.1推進系統(tǒng)振動模型構建

5.3.2推進系統(tǒng)振動頻率線構建

5.4均勻地層下推進系統(tǒng)布局設計優(yōu)化方法及應用

5.4.1推進系統(tǒng)布局設計總體性評價指標

5.4.2均勻地層下盾構非均勻推進系統(tǒng)布局優(yōu)化設計

5.4.3均勻地層下盾構分區(qū)推進系統(tǒng)布局優(yōu)化設計

5.5復合地層下推進系統(tǒng)布局設計優(yōu)化方法及應用

5.5.1等差布局設計

5.5.2幾何級數(shù)布局設計

5.5.3北京、石家莊等城市地鐵隧道施工建設案例

5.5.4德國杜塞爾多夫城市地鐵隧道施工建設案例

5.6本章小結

參考文獻 2100433B

本書首先介紹了盾構的發(fā)展歷程、國內(nèi)外相關研究成果和土壓平衡盾構推進系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀，建立了盾構推進系統(tǒng)的力學模型，構建了均勻地層和復合地層下的盾構推進系統(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行了分析，提出了推進系統(tǒng)力傳遞評估方法及指標;*后介紹了盾構推進系統(tǒng)的結構特性分析和設計優(yōu)化方法，并給出了相關地鐵隧道施工建設的實際案例。

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