盾构机同步注浆控制系统设计

论文摘要

在盾构施工过程中,盾尾脱离管片而形成的土层和管片外壁的空隙是导致地层沉降的主要原因。为了减小盾构施工对地层位移的影响,必须对盾尾进行及时有效地充填,也就是及时充分的对盾尾脱离管片所产生的空隙充填的盾构注浆技术,即同步注浆技术。而要想对注浆压力与注浆量进行调整以适应环境的变化,达到精确注浆效果的目的,在国内外还没有成功的范例。本文以此为背景,研究与设计盾构同步注浆设备及其控制系统。本课题的研究内容包括:同步注浆设备的改进设计,同步注浆工艺设计,同步注浆控制系统软硬件设计,以及采用最优跟踪控制算法对同步注浆进行优化设计。盾构同步注浆的关键技术难点:1.同步注浆要求注浆压力随盾构掘进的过程中水土压力的变化而变化,注浆量随盾构掘进速度的变化而变化,即要想达到精确注浆的目的,同步注浆系统需具有跟随性;2.盾构机为大型耗能设备,要求同步注浆满足节能性。本文在注浆设备和控制算法上进行设计研究来解决关键技术难点。选用负载敏感变量泵液压系统作为盾构同步注浆的动力来源,并在此基础上对其进行最优跟踪控制设计与仿真验证。通过对研究结果分析,表明负载敏感变量泵液压系统的负载敏感性可以达到节约能源与提高注浆效果的目的,最优跟踪控制算法能够实现对同步注浆的跟随控制并节约能源,即解决同步注浆的关键技术难点。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 盾构市场分析
• 1.2 盾构同步注浆现状与发展
• 1.3 本课题的选题意义与研究内容
• 1.3.1 课题选题意义
• 1.3.2 课题研究内容
• 第2章 盾构同步注浆工作原理
• 2.1 盾构工法介绍
• 2.2 盾构分类及主要组成部分
• 2.2.1 盾体
• 2.2.2 双室气闸
• 2.2.3 土体开挖与开挖面支护
• 2.2.4 盾构推进与衬砌拼装
• 2.2.5 盾尾脱空与壁后注浆
• 2.3 盾构同步注浆
• 2.4 盾构同步注浆工程概况与工艺
• 2.4.1 盾构同步注浆工程概况
• 2.4.2 盾构同步注浆
• 2.5 盾构同步注浆主要参数分析
• 2.5.1 注浆量
• 2.5.2 注浆压力
• 2.6 盾构同步注浆管路原理
• 2.6.1 国外同步注浆原理
• 2.6.2 同步注浆管路改进设计
• 2.7 盾构同步注浆液压技术
• 2.7.1 盾构同步注浆液压技术要求
• 2.7.2 盾构同步注浆液压系统原理
• 2.8 盾构同步注浆液压系统压力流量控制与节能分析
• 第3章 同步注浆控制系统控制逻辑设计
• 3.1 PLC 简介及其在盾构同步注浆中的应用
• 3.1.1 PLC 简介
• 3.1.2 PLC 在盾构同步注浆中的应用
• 3.2 同步注浆控制逻辑
• 3.2.1 同步注浆急停控制逻辑
• 3.2.2 注浆允许控制逻辑
• 3.2.3 油箱液位控制逻辑
• 3.2.4 液压油的过滤控制逻辑
• 3.2.5 砂浆搅拌控制逻辑
• 3.2.6 砂浆注入控制逻辑
• 第4章 同步注浆控制系统软硬件设计
• 4.1 同步注浆控制系统PLC 保护措施
• 4.2 同步注浆控制系统PLC 输入输出设计
• 4.3 同步注浆控制系统程序设计
• 4.3.1 同步注浆控制系统模拟量模块初始化
• 4.3.2 同步注浆控制系统故障报警
• 4.3.3 同步注浆控制系统注浆控制
• 4.3.4 同步注浆控制系统搅拌电机正反转控制
• 4.4 同步注浆控制系统程序调试
• 4.4.1 PLC 输入设定
• 4.4.2 时序图设定
• 4.4.3 同步注浆控制系统仿真
• 第5章 盾构同步注浆最优跟踪控制
• 5.1 最优控制简介
• 5.2 盾构同步注浆系统模型
• 5.2.1 同步注浆流量控制传递函数与状态空间模型
• 5.2.2 同步注浆压力控制传递函数与状态空间模型
• 5.3 连续系统最优跟踪理论
• 5.4 同步注浆系统最优跟踪控制器仿真实验结果分析
• 5.4.1 同步注浆最优跟踪压力控制器仿真实验结果分析
• 5.4.2 同步注浆最优跟踪流量控制器仿真实验结果分析
• 5.4.3 同步注浆最优跟踪控制程序分析
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和获得的科研成果
• 致谢