一種類矩形盾構(gòu)正面土壓力平衡控制系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及類矩形盾構(gòu)施工領(lǐng)域，尤其涉及一種類矩形盾構(gòu)正面土壓力平衡控制系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]土壓平衡盾構(gòu)是在開挖面土倉及螺旋輸送機內(nèi)部充滿的土砂所產(chǎn)生的壓力與開挖面的土壓保持平衡。施工中主要控制掘進千斤頂推力、掘進速度、刀盤扭矩和轉(zhuǎn)速、螺旋輸送機扭矩和轉(zhuǎn)速以及閘門的開口度等技術(shù)參數(shù)，使之與開挖面的土壓保持動態(tài)平衡。土壓平衡盾構(gòu)是以充滿土倉內(nèi)的剛開挖下來的土體對開挖面提供連續(xù)的支護，隧道開挖面的穩(wěn)定，是通過土倉內(nèi)土體的壓力傳遞來起到與外界水土壓力相平衡的作用，土倉內(nèi)的土體壓力減小外界水土壓力的壓力梯度，于是開挖面在有壓力的土體的直接支護以及土中滲漏力的減小的條件下得以穩(wěn)定。
[0003]類矩形盾構(gòu)因其斷面空間利用率高，正逐漸成為城市地下空間開發(fā)的重要手段。但類矩形盾構(gòu)隧道在施工過程中與常規(guī)圓形盾構(gòu)隧道相比較面臨諸多困難與挑戰(zhàn)，例如大斷面類矩形盾構(gòu)正面土壓力的平衡控制，常規(guī)圓形盾構(gòu)隧道施工的土壓平衡控制方法難以滿足，具體表現(xiàn)在以下幾點:
[0004]1.大斷面類矩形盾構(gòu)開挖斷面尺寸相對較大，土壓平衡傳導(dǎo)區(qū)域大；
[0005]2.類矩形盾構(gòu)斷面不規(guī)則，不同區(qū)域土壓差異大，且相比圓形盾構(gòu)無線性規(guī)律可循；
[0006]3.為保證類矩形盾構(gòu)的全斷面切削，一般均布置多個刀盤，為防止刀盤直接互相干擾或觸碰，類矩形盾構(gòu)土倉內(nèi)攪拌棒布置受到局限，加劇了土壓力控制的難度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種能夠解決類矩形盾構(gòu)土壓力波動大、控制困難的難題的類矩形盾構(gòu)正面土壓力平衡控制系統(tǒng)及方法，實現(xiàn)了類矩形盾構(gòu)土壓平衡模式下的成功掘進與質(zhì)量控制。
[0008]為實現(xiàn)上述技術(shù)效果，本發(fā)明公開了一種類矩形盾構(gòu)正面土壓力平衡控制系統(tǒng)，包括:
[0009]土壓力監(jiān)測裝置，包括與類矩形盾構(gòu)機內(nèi)部兩側(cè)的螺旋機通信連接的監(jiān)測主機，以及對稱分布于類矩形盾構(gòu)機的土倉的頂部兩側(cè)、中部兩側(cè)和底部兩側(cè)的多對土壓力傳感器，所述監(jiān)測主機內(nèi)預(yù)設(shè)有控制參數(shù)，所述土壓力傳感器與所述監(jiān)測主體通信連接；
[0010]土壓補償裝置，包括設(shè)于所述土倉兩側(cè)的推進油缸，所述推進油缸與所述監(jiān)測主機通信連接；
[0011]土體改良裝置，包括對稱分布于土倉內(nèi)的多個改良區(qū)域以及用于對多個所述改良區(qū)域分別進行注漿的注漿設(shè)備，所述注漿設(shè)備與所述監(jiān)測主機通信連接。
[0012]所述類矩形盾構(gòu)正面土壓力平衡控制系統(tǒng)進一步的改進在于，所述監(jiān)測主機內(nèi)設(shè)有與所述土壓力傳感器通信連接的閾值比較模塊和差值比較模塊，所述控制參數(shù)包括設(shè)于所述閾值比較模塊中的土壓力的設(shè)定閾值和設(shè)于所述差值比較模塊中的土壓力的設(shè)定差值;所述設(shè)定閾值根據(jù)盾構(gòu)土層、隧道埋深計算確定;對稱分布于所述土倉頂部兩側(cè)的那一對土壓力傳感器在直線段盾構(gòu)推進過程中的設(shè)定差值小于等于0.02MPa，在曲線段盾構(gòu)推進過程中的設(shè)定差值小于等于0.05MPa;對稱分布于所述土倉中部兩側(cè)的那一對土壓力傳感器在直線段盾構(gòu)推進過程中的設(shè)定差值小于等于0.05MPa，在曲線段盾構(gòu)推進過程中的設(shè)定差值小于等于0.1MPa。
[0013]所述類矩形盾構(gòu)正面土壓力平衡控制系統(tǒng)進一步的改進在于，所述螺旋機與所述閾值比較模塊通信連接，用于將所述壓力傳感器監(jiān)測到的實時土壓力值與所述閾值比較模塊中的設(shè)定閾值進行比較，在所述實時土壓力大于所述設(shè)定閾值時提高所述螺旋機的轉(zhuǎn)速，在所述實時土壓力小于所述設(shè)定閾值時降低所述螺旋機的轉(zhuǎn)速；
[0014]所述螺旋機與所述差值比較模塊通信連接，用于將每對土壓力傳感器監(jiān)測到的實時土壓力值的差值與所述差值比較模塊中的設(shè)定差值進行比較，在所述實時土壓力值的差值大于所述設(shè)定差值時，提高實時土壓力值高一側(cè)對應(yīng)的螺旋機的轉(zhuǎn)速和/或降低實時土壓力值低一側(cè)對應(yīng)的螺旋機的轉(zhuǎn)速。
[0015]所述類矩形盾構(gòu)正面土壓力平衡控制系統(tǒng)進一步的改進在于，所述推進油缸與所述閾值比較模塊通信連接，用于將所述壓力傳感器監(jiān)測到的實時土壓力值與所述閾值比較模塊中的設(shè)定閾值進行比較，在所述實時土壓力小于所述設(shè)定閾值時推進所述推進油缸，在所述實時土壓力大于所述設(shè)定閾值時收縮所述推進油缸；
[0016]所述推進油缸與所述差值比較模塊通信連接，用于將每對土壓力傳感器監(jiān)測到的實時土壓力值的差值與所述差值比較模塊中的設(shè)定差值進行比較，在所述實時土壓力值的差值大于所述設(shè)定差值時，推進實時土壓力值低一側(cè)對應(yīng)的推進油缸和/或收縮實時土壓力值高一側(cè)對應(yīng)的推進油缸。
[0017]所述類矩形盾構(gòu)正面土壓力平衡控制系統(tǒng)進一步的改進在于，多個所述改良區(qū)域?qū)ΨQ布置在所述土倉的類矩形斷面范圍內(nèi)，并與鄰近的所述土壓力傳感器相對應(yīng);所述監(jiān)測主機內(nèi)設(shè)有與所述土壓力傳感器通信連接的區(qū)域比較模塊和對稱比較模塊，所述控制參數(shù)包括設(shè)于所述區(qū)域比較模塊中的土壓力的設(shè)定區(qū)域改良值和設(shè)于所述對稱比較模塊中的土壓力的設(shè)定對稱改良值；
[0018]所述注漿設(shè)備與所述區(qū)域比較模塊通信連接，用于將位于所述土倉兩側(cè)的土壓力傳感器監(jiān)測到的實時土壓力值的差值與所述區(qū)域比較模塊中的設(shè)定區(qū)域改良值進行比較，在所述實時土壓力值的差值大于等于所述設(shè)定區(qū)域改良值時，增加實時土壓力值高一側(cè)對應(yīng)的改良區(qū)域內(nèi)的注漿設(shè)備的注入率；
[0019]所述注漿設(shè)備與所述對稱比較模塊通信連接，用于將每對土壓力傳感器監(jiān)測到的實施土壓力值的差值與所述對稱比較模塊中的設(shè)定對稱改良值進行比較，在所述實時土壓力值的差值大于等于所述設(shè)定對稱改良值時，通過注漿設(shè)備對實時土壓力值高一側(cè)對應(yīng)的改良區(qū)域內(nèi)注入水進行改良。
[0020]所述類矩形盾構(gòu)正面土壓力平衡控制系統(tǒng)進一步的改進在于，所述設(shè)定區(qū)域改良值為0.1MPa，所述設(shè)定對稱改良值為0.3MPa，改良后的實時土壓力值的差值小于0.1MPa，且多個改良區(qū)域內(nèi)注漿設(shè)備的注入率差異控制在± 2%。
[0021]本發(fā)明還公開了一種類矩形盾構(gòu)正面土壓力平衡控制方法，采用類矩形盾構(gòu)正面土壓力平衡控制系統(tǒng);所述類矩形盾構(gòu)正面土壓力平衡控制方法包括步驟:
[0022]在掘進過程中，利用土壓力傳感器實施監(jiān)測類矩形盾構(gòu)機的土倉的實時土壓力值，并將監(jiān)測到的實時土壓力值反饋至監(jiān)測主機；
[0023]監(jiān)測主機在接收到所述實時土壓力值后，將所述實時土壓力值與預(yù)設(shè)的控制參數(shù)進行比較，并根據(jù)比較結(jié)果向類矩形盾構(gòu)機的螺旋機、土壓補償裝置的推進油缸及土體改良裝置的注漿設(shè)備發(fā)送控制信號，螺旋機、推進油缸及注漿設(shè)備在接收到所述控制信號后對類矩形盾構(gòu)機的正面土壓力平衡進行控制。
[0024]所述類矩形盾構(gòu)正面土壓力平衡控制方法進一步的改進在于，在所述監(jiān)測主機內(nèi)設(shè)置與所述土壓力傳感器通信連接的閾值比較模塊和差值比較模塊，所述控制參數(shù)包括設(shè)于所述閾值比較模塊中的土壓力的設(shè)定閾值和設(shè)于所述差值比較模塊中的土壓力的設(shè)定差值;所述設(shè)定閾值根據(jù)盾構(gòu)土層、隧道埋深計算確定;對稱分布于所述土倉頂部兩側(cè)的那一對土壓力傳感器在直線段盾構(gòu)推進過程中的設(shè)定差值小于等于0.02MPa，在曲線段盾構(gòu)推進過程中的設(shè)定差值小于等于0.05MPa ；對稱分布于所述土倉中部兩側(cè)的那一對土壓力傳感器在直線段盾構(gòu)推進過程中的設(shè)定差值小于等于0.05MPa，在曲線段盾構(gòu)推進過程中的設(shè)定差值小于等于0.1MPa。
[0025]所述類矩形盾構(gòu)正面土壓力平衡控制方法進一步的改進在于，將所述螺旋機與所述閾值比較模塊通信連接，監(jiān)測主機在接收到實時土壓力值后，將所述實時土壓力值與所述閾值比較模塊中的設(shè)定閾值進行比較，在所述實時土壓力值大于所述設(shè)定閾值時向所述螺旋機發(fā)送提高轉(zhuǎn)速的控制信號，在所述實時土壓力值小于所述設(shè)定閾值時向所述螺旋機發(fā)送降低轉(zhuǎn)速的控制信號；
[0026]將所述螺旋機與所述差值比較模塊通信連接，監(jiān)測主機在接收到實時土壓力值后，將每對土壓力傳感器監(jiān)測到的實時土壓力值的差值與所述差值比較模塊中的設(shè)定差值進行比較，在所述實時土壓力值的差值大于所述設(shè)定差值時，向?qū)崟r土壓力值高一側(cè)對應(yīng)的螺旋機發(fā)送提高轉(zhuǎn)速的控制信號和/或向?qū)崟r土壓力值低一側(cè)對應(yīng)的螺旋機發(fā)送降低轉(zhuǎn)速的控制信號。
[0027]所述類矩形盾構(gòu)正面土壓力平衡控制方法進一步的改進在于，將所述推進油缸與所述閾值比較模塊通信連接，監(jiān)測主機在接收到實時土壓力值后，將所述實時土壓力值與所述閾值比較模塊中的設(shè)定閾值進行比較，在所述實時土壓力值小于所述設(shè)定閾值時向