CN116578130B - 压力调节方法、系统、盾构机及计算机可读存储介质 - Google Patents

压力调节方法、系统、盾构机及计算机可读存储介质 Download PDF

Info

Publication number
CN116578130B
CN116578130B CN202310864433.0A CN202310864433A CN116578130B CN 116578130 B CN116578130 B CN 116578130B CN 202310864433 A CN202310864433 A CN 202310864433A CN 116578130 B CN116578130 B CN 116578130B
Authority
CN
China
Prior art keywords
slurry
pressure
data
monitoring device
pulp
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202310864433.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN116578130A (zh
Inventor
付艳斌
陈湘生
高越
梁宁
王舜
蒋卫平
黄烨磊
洪成雨
苏栋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shenzhen University
Original Assignee
Shenzhen University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shenzhen University filed Critical Shenzhen University
Priority to CN202310864433.0A priority Critical patent/CN116578130B/zh
Publication of CN116578130A publication Critical patent/CN116578130A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN116578130B publication Critical patent/CN116578130B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D16/00—Control of fluid pressure
    • G05D16/20—Control of fluid pressure characterised by the use of electric means
    • G05D16/2006—Control of fluid pressure characterised by the use of electric means with direct action of electric energy on controlling means
    • G05D16/2013—Control of fluid pressure characterised by the use of electric means with direct action of electric energy on controlling means using throttling means as controlling means
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
    • E21D9/00—Tunnels or galleries, with or without linings; Methods or apparatus for making thereof; Layout of tunnels or galleries
    • E21D9/06—Making by using a driving shield, i.e. advanced by pushing means bearing against the already placed lining
    • E21D9/0642—Making by using a driving shield, i.e. advanced by pushing means bearing against the already placed lining the shield having means for additional processing at the front end
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P90/00—Enabling technologies with a potential contribution to greenhouse gas [GHG] emissions mitigation
    • Y02P90/02—Total factory control, e.g. smart factories, flexible manufacturing systems [FMS] or integrated manufacturing systems [IMS]

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Excavating Of Shafts Or Tunnels (AREA)

Abstract

本申请适用于盾构机技术领域，提供一种压力调节方法、系统、盾构机及计算机可读存储介质，其中，压力调节方法包括：第一流量监测装置获取进浆管的进浆流量数据，第二流量监测装置获取排浆管的排浆流量数据；数据采集分析系统接收并输出进浆流量数据和排浆流量数据；智能控制器基于进浆流量数据和排浆流量数据生成第一调节信号和第二调节信号，并输出第一调节信号和第二调节信号；气压调节系统基于第一调节信号确定气垫仓的气压；泥浆输送系统基于第二调节信号确定进浆管的泥浆密度；压力调节系统基于气压和泥浆密度确定盾构机的支护压力。本申请能够避免开挖面发生土压力与水压力变化时对开挖面的稳定性造成影响。

Description

压力调节方法、系统、盾构机及计算机可读存储介质
技术领域
本申请属于盾构机技术领域，尤其涉及一种压力调节方法、系统、盾构机及计算机可读存储介质。
背景技术
目前，在含水量大、上方存在水体及跨江越海地层中进行隧道的盾构施工中常采用泥水平衡盾构。泥水平衡盾构是指在盾构机前端的密封仓中注入泥水，以平衡开挖面的土压力与水压力，进而维持开挖面的稳定。然而，在跨江越海等含水量大的地层中进行盾构施工时，不可避免地将要面对复杂多变的地质条件，诸如软硬互层岩体、孤石、断层破碎带、开挖面与上部水体连通等情况。当泥水平衡盾构机穿越断层破碎带或开挖面与上部水体连通时，开挖面可能会发生土压力与水压力的变化，进而对开挖面的稳定性造成影响，如果不采取相应的措施可能会导致地表塌陷、水体下灌甚至淹没隧道的严重后果。
发明内容
本申请实施例提供了一种压力调节方法、系统、盾构机及计算机可读存储介质，可以解决现有技术存在的当泥水平衡盾构机穿越断层破碎带或开挖面与上部水体连通时，开挖面可能会发生土压力与水压力的变化，进而对开挖面的稳定性造成影响的问题。
本申请实施例的第一方面提供一种压力调节方法，应用于盾构机，盾构机包括进浆管、排浆管、气垫仓及压力调节系统，压力调节系统包括流量监测装置、数据采集分析系统、智能控制器、气压调节系统和泥浆输送系统；流量监测装置包括设置于进浆管的第一流量监测装置以及设置于排浆管的第二流量监测装置，流量监测装置与数据采集分析系统连接，数据采集分析系统与智能控制器连接，智能控制器分别与气压调节系统及泥浆输送系统连接，泥浆输送系统与进浆管连接；
压力调节方法包括：
第一流量监测装置获取进浆管的进浆流量数据，第二流量监测装置获取排浆管的排浆流量数据；
数据采集分析系统接收并输出进浆流量数据和排浆流量数据；
智能控制器基于进浆流量数据和排浆流量数据生成第一调节信号和第二调节信号，并输出第一调节信号和第二调节信号；
气压调节系统基于第一调节信号确定气垫仓的气压；
泥浆输送系统基于第二调节信号确定进浆管的泥浆密度；
压力调节系统基于气压和泥浆密度确定盾构机的支护压力。
可选地，压力调节系统还包括液位传感器，液位传感器设置于气垫仓；液位传感器与数据采集分析系统连接，泥浆输送系统还与排浆管连接；
第一流量监测装置获取进浆管的进浆流量数据，第二流量监测装置获取排浆管的排浆流量数据之前，压力调节方法还包括：
液位传感器获取气垫仓的泥浆液位数据，并输出泥浆液位数据；
数据采集分析系统接收并输出泥浆液位数据；
智能控制器基于泥浆液位数据生成第三调节信号，并输出第三调节信号；
泥浆输送系统基于第三调节信号确定进浆管的进浆流量和排浆管的排浆流量。
可选地，压力调节系统还包括排浆泵，泥浆输送系统通过排浆泵与排浆管连接，排浆泵与第二流量监测装置连接；
数据采集分析系统接收并输出进浆流量数据和排浆流量数据之后，压力调节方法还包括：
智能控制器基于进浆流量数据和排浆流量数据生成第四调节信号，并输出第四调节信号；
泥浆输送系统基于第四调节信号，通过排浆泵确定排浆管的排浆流量。
可选地，盾构机还包括泥浆储液罐和储水罐，压力调节系统还包括进浆泵，泥浆输送系统分别通过进浆泵与泥浆储液罐及储水罐连接，进浆泵与第一流量监测装置连接；
泥浆输送系统基于第二调节信号确定进浆管的泥浆密度，包括：
泥浆输送系统基于第二调节信号，通过进浆泵确定进浆管的泥浆密度。
可选地，压力调节系统还包括气压监测装置、密度监测装置和掘进参数控制系统，气压监测装置设置于气垫仓，密度监测装置设置于排浆管；气压监测装置和密度监测装置分别与数据采集分析系统连接，掘进参数控制系统与智能控制器连接；
压力调节系统基于气压和泥浆密度确定盾构机的支护压力之后，压力调节方法还包括：
气压监测装置获取气垫仓的气压数据，并输出气压数据；
密度监测装置获取排浆管的泥浆密度数据，并输出泥浆密度数据；
数据采集分析系统基于气压数据和泥浆密度数据，获取掘进参数预测值，并输出掘进参数预测值；
智能控制器基于掘进参数预测值生成第五调节信号，并输出第五调节信号；
掘进参数控制系统基于第五调节信号确定盾构机的掘进参数。
可选地，数据采集分析系统基于气压数据和泥浆密度数据，获取掘进参数预测值，并输出掘进参数预测值，包括：
数据采集分析系统基于气压数据和泥浆密度数据，获取盾构机的支护压力、总推力和注浆压力；
数据采集分析系统基于支护压力、总推力、注浆压力及预先获取的掘进参数预测模型，获取掘进参数预测值，并输出掘进参数预测值。
可选地，压力调节方法还包括：
数据采集分析系统基于掘进地层类型与盾构机类型，获取预设支护压力、预设总推力和预设注浆压力；
数据采集分析系统基于预设支护压力、预设总推力、预设注浆压力及预设人工神经网络，获取掘进参数预测模型。
本申请实施例的第二方面提供一种压力调节系统，包括流量监测装置、数据采集分析系统、智能控制器、气压调节系统和泥浆输送系统；流量监测装置包括设置于进浆管的第一流量监测装置以及设置于排浆管的第二流量监测装置，流量监测装置与数据采集分析系统连接，数据采集分析系统与智能控制器连接，智能控制器分别与气压调节系统及泥浆输送系统连接，泥浆输送系统与进浆管连接；
第一流量监测装置用于获取进浆管的进浆流量数据；
第二流量监测装置用于获取排浆管的排浆流量数据；
数据采集分析系统用于接收并输出进浆流量数据和排浆流量数据；
智能控制器用于基于进浆流量数据和排浆流量数据生成第一调节信号和第二调节信号，并输出第一调节信号和第二调节信号；
气压调节系统用于基于第一调节信号确定盾构机的气垫仓的气压；
泥浆输送系统用于基于第二调节信号确定进浆管的泥浆密度；
压力调节系统用于基于气压和泥浆密度确定盾构机的支护压力。
本申请实施例的第三方面提供一种盾构机，包括进浆管、排浆管、气垫仓及如上所述的压力调节系统。
本申请实施例的第四方面提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如上所述的压力调节方法。
本申请实施例的第一方面提供的压力调节方法，通过流量监测装置获取进浆流量数据和排浆流量数据，通过数据采集分析系统接收并输出进浆流量数据和排浆流量数据，能够实现开挖面土压力与水压力情况的快速判断，通过智能控制器基于进浆流量数据和排浆流量数据生成第一调节信号和第二调节信号，通过气压调节系统基于第一调节信号确定气垫仓的气压，通过泥浆输送系统基于第二调节信号确定进浆管的泥浆密度，使得压力调节系统基于气压和泥浆密度确定盾构机的支护压力，能够使压力调节系统根据开挖面土压力和水压力的变化情况实时智能调节盾构机的支护压力，使盾构机的支护压力与地层土压力和水压力保持动态平衡，避免开挖面发生土压力与水压力变化时对开挖面的稳定性造成影响。
可以理解的是，上述第二方面、第三方面和第四方面的有益效果可以参见上述第一方面中的相关描述，在此不再赘述。
附图说明
为了更清楚地说明本申请具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的盾构机的一种场景应用示意图；
图2为本申请实施例提供的压力调节系统的模块示意图；
图3为本申请实施例提供的第一种压力调节方法的流程示意图；
图4为本申请实施例提供的第二种压力调节方法的流程示意图；
图5为本申请实施例提供的第三种压力调节方法的流程示意图；
图6为本申请实施例提供的第四种压力调节方法的流程示意图；
图7为本申请实施例提供的第五种压力调节方法的流程示意图；
图8为本申请实施例提供的第六种压力调节方法的流程示意图。
具体实施方式
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本申请实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本申请。在其它情况中，省略对众所周知的系统、设备、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本申请的描述。
应当理解，当在本申请说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
还应当理解，在本申请说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
如在本申请说明书和所附权利要求书中所使用的那样，术语“如果”可以依据上下文被解释为“当...时”或“一旦”或“响应于确定”或“响应于检测到”。类似地，短语“如果确定”或“如果检测到[所描述条件或事件]”可以依据上下文被解释为意指“一旦确定”或“响应于确定”或“一旦检测到[所描述条件或事件]”或“响应于检测到[所描述条件或事件]”。
另外，在本申请说明书和所附权利要求书的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本申请说明书中描述的参考“一个实施例”或“一些实施例”等意味着在本申请的一个或多个实施例中包括结合该实施例描述的特定特征、结构或特点。由此，在本说明书中的不同之处出现的语句“在一个实施例中”、“在一些实施例中”、“在其他一些实施例中”、“在另外一些实施例中”等不是必然都参考相同的实施例，而是意味着“一个或多个但不是所有的实施例”，除非是以其他方式另外特别强调。术语“包括”、“包含”、“具有”及它们的变形都意味着“包括但不限于”，除非是以其他方式另外特别强调。“多个”表示“两个或两个以上”。
目前，在含水量大、上方存在水体及跨江越海地层中进行隧道的盾构施工中常采用泥水平衡盾构。泥水平衡盾构是指在盾构机前端的密封仓中注入泥水，以平衡开挖面的土压力与水压力，进而维持开挖面的稳定。然而，在跨江越海等含水量大的地层中进行盾构施工时，不可避免地将要面对复杂多变的地质条件，诸如软硬互层岩体、孤石、断层破碎带、开挖面与上部水体连通等情况。当泥水平衡盾构机穿越断层破碎带或开挖面与上部水体连通时，开挖面可能会发生土压力与水压力的变化，进而对开挖面的稳定性造成影响，如果不采取相应的措施可能会导致地表塌陷、水体下灌甚至淹没隧道的严重后果。
针对上述问题，本申请实施例提供了一种压力调节方法，应用于盾构机。盾构机包括进浆管、排浆管、气垫仓及压力调节系统，压力调节系统包括流量监测装置、数据采集分析系统、智能控制器、气压调节系统和泥浆输送系统；流量监测装置包括设置于进浆管的第一流量监测装置以及设置于排浆管的第二流量监测装置，流量监测装置与数据采集分析系统连接，数据采集分析系统与智能控制器连接，智能控制器分别与气压调节系统及泥浆输送系统连接，泥浆输送系统与进浆管连接。
该压力调节方法通过第一流量监测装置获取进浆管的进浆流量数据，第二流量监测装置获取排浆管的排浆流量数据，通过数据采集分析系统接收并输出进浆流量数据和排浆流量数据，能够实现开挖面土压力与水压力情况的快速判断，通过智能控制器基于进浆流量数据和排浆流量数据生成第一调节信号和第二调节信号，并输出第一调节信号和第二调节信号，通过气压调节系统基于第一调节信号确定气垫仓的气压，通过泥浆输送系统基于第二调节信号确定进浆管的泥浆密度，使得压力调节系统基于气压和泥浆密度确定盾构机的支护压力，能够使压力调节系统根据开挖面土压力和水压力的变化情况实时智能调节盾构机的支护压力，使盾构机的支护压力与地层土压力和水压力保持动态平衡，避免开挖面发生土压力与水压力变化时对开挖面的稳定性造成影响。
下面结合具体实施例对本申请提供的压力调节方法进行示例性的说明。
本申请实施例提供的压力调节方法，应用于盾构机，如图1所示，盾构机包括进浆管、排浆管、气垫仓。盾构机还包括压力调节系统，如图2所示，压力调节系统包括流量监测装置、数据采集分析系统、智能控制器、气压调节系统和泥浆输送系统；流量监测装置包括设置于进浆管的第一流量监测装置以及设置于排浆管的第二流量监测装置，流量监测装置与数据采集分析系统连接，数据采集分析系统与智能控制器连接，智能控制器分别与气压调节系统及泥浆输送系统连接，泥浆输送系统与进浆管连接。如图3所示，压力调节方法包括：
S11、第一流量监测装置获取进浆管的进浆流量数据，第二流量监测装置获取排浆管的排浆流量数据。
在应用中，上述盾构机可以是泥水平衡盾构机，泥水平衡盾构机刀盘后端为泥水仓，泥水仓隔板后端为气垫仓，泥水仓底部与气垫仓连通。盾构机在含水量大的地层中掘进时，如果开挖面发生土压力与水压力的变化，那么上述进浆流量数据和上述排浆流量数据也会发生变化。例如，土压力和水压力增大时，会使地下水渗透到开挖面，气垫仓内液位上涨过快，排浆流量增大异常，与进浆流量的差值到达预设的警戒值。土压力和水压力减小时，会使气垫仓内泥浆流失渗透到地层，气垫仓内液位下降过快，排浆流量减小异常，与进浆流量的差值到达预设的警戒值。因此，通过上述进浆流量数据和上述排浆流量数据，即可判断此时的土压力和水压力的变化情况。第一流量监测装置获取进浆管的进浆流量数据，第二流量监测装置获取排浆管的排浆流量数据之后，再将上述进浆流量数据和上述排浆流量数据输出至数据采集分析系统。
S12、数据采集分析系统接收并输出进浆流量数据和排浆流量数据。
在应用中，上述数据采集分析系统接收并输出进浆流量数据和排浆流量数据，可以是数据采集分析系统接收上述流量监测装置输出的进浆流量数据和排浆流量数据，并将上述进浆流量数据和上述排浆流量数据输出至智能控制器。
S13、智能控制器基于进浆流量数据和排浆流量数据生成第一调节信号和第二调节信号，并输出第一调节信号和第二调节信号。
在应用中，土压力和水压力增大时，排浆流量增大异常，与进浆流量的差值到达预设的警戒值，智能控制器可基于进浆流量数据和排浆流量数据，生成提高气垫仓气压的第一调节信号和提高进浆管泥浆密度的第二调节信号，并输出上述第一调节信号至气压调节系统，输出第二调节信号至泥浆输送系统。土压力和水压力减小时，排浆流量减小异常，与进浆流量的差值到达预设的警戒值，智能控制器可基于进浆流量数据和排浆流量数据，生成减小气垫仓气压的第一调节信号和减小进浆管泥浆密度的第二调节信号，并输出上述第一调节信号至气压调节系统，输出第二调节信号至泥浆输送系统。
S14、气压调节系统基于第一调节信号确定气垫仓的气压。
S15、泥浆输送系统基于第二调节信号确定进浆管的泥浆密度。
S16、压力调节系统基于气压和泥浆密度确定盾构机的支护压力。
在应用中，上述气压调节系统基于第一调节信号确定气垫仓的气压，可以是土压力和水压力增大时，气压调节系统基于第一调节信号将气垫仓的气压提高至某一值，土压力和水压力减小时，气压调节系统基于第一调节信号将气垫仓的气压减小至某一值，上述泥浆输送系统基于第二调节信号确定进浆管的泥浆密度，可以是土压力和水压力增大时，泥浆输送系统基于第二调节信号将进浆管的泥浆密度提高至某一值，土压力和水压力减小时，泥浆输送系统基于第二调节信号将进浆管的泥浆密度减小至某一值。上述压力调节系统基于气压和泥浆密度确定盾构机的支护压力，可以是压力调节系统基于调节后的气压和泥浆密度即可确定盾构机的支护压力，从而实现对盾构机的支护压力的调节，使盾构机的支护压力与地层土压力和水压力保持动态平衡。
本申请实施例提供的压力调节方法，通过流量监测装置获取进浆流量数据和排浆流量数据，通过数据采集分析系统接收并输出进浆流量数据和排浆流量数据，能够实现开挖面土压力与水压力情况的快速判断，通过智能控制器基于进浆流量数据和排浆流量数据生成第一调节信号和第二调节信号，通过气压调节系统基于第一调节信号确定气垫仓的气压，通过泥浆输送系统基于第二调节信号确定进浆管的泥浆密度，使得压力调节系统基于气压和泥浆密度确定盾构机的支护压力，能够使压力调节系统根据开挖面土压力和水压力的变化情况实时智能调节盾构机的支护压力，使盾构机的支护压力与地层土压力和水压力保持动态平衡，避免开挖面发生土压力与水压力变化时对开挖面的稳定性造成影响。
在一个实施例中，如图2所示，压力调节系统还包括液位传感器，液位传感器设置于气垫仓；液位传感器与数据采集分析系统连接，泥浆输送系统还与排浆管连接。如图4所示，第一流量监测装置获取进浆管的进浆流量数据，第二流量监测装置获取排浆管的排浆流量数据之前，压力调节方法还包括：
S21、液位传感器获取气垫仓的泥浆液位数据，并输出泥浆液位数据。
S22、数据采集分析系统接收并输出泥浆液位数据。
S23、智能控制器基于泥浆液位数据生成第三调节信号，并输出第三调节信号。
S24、泥浆输送系统基于第三调节信号确定进浆管的进浆流量和排浆管的排浆流量。
在应用中，盾构机在含水量大的地层中掘进时，如果开挖面未发生土压力与水压力的变化，压力调节系统可通过液位传感器获取气垫仓内的泥浆液位数据，液位传感器将上述泥浆液位数据输出至数据采集分析系统，数据采集分析系统接收上述泥浆液位数据后，将上述泥浆液位数据输出至智能控制器，智能控制器基于泥浆液位数据生成第三调节信号，将上述第三调节信号输出至泥浆输出系统，泥浆输送系统基于第三调节信号自动调节进浆管的进浆流量和排浆管的排浆流量，使泥浆液位保持在误差要求范围内。
在一个实施例中，如图2所示，压力调节系统还包括排浆泵，泥浆输送系统通过排浆泵与排浆管连接，排浆泵与第二流量监测装置连接。如图5所示，数据采集分析系统接收并输出进浆流量数据和排浆流量数据之后，压力调节方法还包括：
S31、智能控制器基于进浆流量数据和排浆流量数据生成第四调节信号，并输出第四调节信号。
S32、泥浆输送系统基于第四调节信号，通过排浆泵确定排浆管的排浆流量。
在应用中，土压力和水压力增大时，会使地下水渗透到开挖面，气垫仓内泥浆液位上涨过快，排浆流量增大异常，与进浆流量的差值到达预设的警戒值，智能控制器还可基于进浆流量数据和排浆流量数据生成增大排浆流量的第四调节信号，泥浆输送系统基于第四调节信号，通过调节排浆泵增大排浆管的排浆流量，例如提高排浆泵的功率，使气垫仓内泥浆液位保持平衡。土压力和水压力减小时，会使气垫仓内泥浆流失渗透到地层，气垫仓内液位下降过快，排浆流量减小异常，与进浆流量的差值到达预设的警戒值，智能控制器还可基于进浆流量数据和排浆流量数据生成减小排浆流量的第四调节信号，泥浆输送系统基于第四调节信号，通过调节排浆泵减小排浆管的排浆流量，例如减小排浆泵的功率，使气垫仓内泥浆液位保持平衡。
在一个实施例中，盾构机还包括泥浆储液罐和储水罐，如图2所示，压力调节系统还包括进浆泵，泥浆输送系统分别通过进浆泵与泥浆储液罐及储水罐连接，进浆泵与第一流量监测装置连接。泥浆输送系统基于第二调节信号确定进浆管的泥浆密度，包括：泥浆输送系统基于第二调节信号，通过进浆泵确定进浆管的泥浆密度。
在应用中，泥浆输送系统可基于第二调节信号，通过调节泥浆储液罐的进浆泵和储水罐的进浆泵来调节进浆管的泥浆密度，例如需要提高泥浆密度时，可以提高泥浆储液罐的进浆泵的功率，减小储水罐的进浆泵的功率，需要减小泥浆密度时，可以减小泥浆储液罐的进浆泵的功率，提高储水罐的进浆泵的功率。
在一个实施例中，如图2所示，压力调节系统还包括气压监测装置、密度监测装置和掘进参数控制系统，气压监测装置设置于气垫仓，密度监测装置设置于排浆管；气压监测装置和密度监测装置分别与数据采集分析系统连接，掘进参数控制系统与智能控制器连接。如图6所示，压力调节系统基于气压和泥浆密度确定盾构机的支护压力之后，压力调节方法还包括：
S41、气压监测装置获取气垫仓的气压数据，并输出气压数据。
S42、密度监测装置获取排浆管的泥浆密度数据，并输出泥浆密度数据。
S43、数据采集分析系统基于气压数据和泥浆密度数据，获取掘进参数预测值，并输出掘进参数预测值。
S44、智能控制器基于掘进参数预测值生成第五调节信号，并输出第五调节信号。
S45、掘进参数控制系统基于第五调节信号确定盾构机的掘进参数。
在应用中，压力调节系统调节了盾构机的支护压力后，可通过气压监测装置获取气垫仓的气压数据，通过密度监测装置获取排浆管的泥浆密度数据，气压监测装置输出上述气压数据至数据采集分析系统，密度监测装置输出上述泥浆密度数据至数据采集分析系统，数据采集分析系统可基于气压数据和泥浆密度数据，获取盾构机下一环的掘进参数预测值，并输出上述掘进参数预测值至智能控制器，智能控制器可基于掘进参数预测值生成第五调节信号，并输出第五调节信号至掘进参数控制系统，掘进参数控制系统可基于第五调节信号将盾构机的掘进参数调节至上述掘进参数预测值，从而辅助现场专家和盾构司机进行掘进参数的设置，实现掘进参数的实时智能调节，使盾构机根据调节后的掘进参数进行下一环的掘进。
在一个实施例中，如图7所示，数据采集分析系统基于气压数据和泥浆密度数据，获取掘进参数预测值，并输出掘进参数预测值，包括：
S51、数据采集分析系统基于气压数据和泥浆密度数据，获取盾构机的支护压力、总推力和注浆压力。
S52、数据采集分析系统基于支护压力、总推力、注浆压力及预先获取的掘进参数预测模型，获取掘进参数预测值，并输出掘进参数预测值。
在应用中，数据采集分析系统可基于气压数据和泥浆密度数据，通过公式计算得到盾构机的支护压力、总推力和注浆压力。支护压力的计算公式为，其中P k为支护压力，P a为气垫仓的气压，ρ s为泥浆密度，h为泥浆液位，R为开挖半径，可近似取为盾构刀盘的半径，D为开挖直径，可近似取为盾构刀盘的直径。盾构机的总推力/>需要根据各类推进阻力并考虑富余量进行确定，计算公式为，其中F 1为盾构机外壳摩擦力，F 2为盾尾与管片的摩擦力，F 3为后配套拖车的拉力，F 4为刀盘上刀具的推力，A为富余系数，根据实际工程取1.3到1.5不等。盾构机外壳摩擦力F 1的计算公式为/>，其中D为开挖直径，L为盾构机壳体长度，f k为盾构机外壳与土体的平均摩擦力，可按照GB50268-2008规范表6.3.4-2进行确定。盾尾与管片的摩擦力F 2的计算公式为/>，其中W s为一环管片的重量，n 1为管片环在盾构机盾尾内的数量，μ 1为管片环与盾尾的摩擦系数，D 0为管片的外径，b为盾尾刷与管片的接触长度，P 2为盾尾密封刷内油脂压力，n 2为盾尾刷层数，μ 2为管片与盾尾刷的摩擦系数。后配套拖车的拉力F 3的计算公式为/>，其中W g为后配套拖车的重量，/>为拖车与轮轨的摩擦系数，通常取0.15。刀盘上刀具的推力F 4的计算公式为，其中N为滚刀数量，F d为每把滚刀的推力。注浆压力根据工程经验，通常在气垫仓气压基础上增加1-2bar。数据采集分析系统可将上述支护压力、总推力、注浆压力输入预先获取的掘进参数预测模型，从而输出掘进参数预测值。
在一个实施例中，如图8所示，压力调节方法还包括：
S61、数据采集分析系统基于掘进地层类型与盾构机类型，获取预设支护压力、预设总推力和预设注浆压力。
S62、数据采集分析系统基于预设支护压力、预设总推力、预设注浆压力及预设人工神经网络，获取掘进参数预测模型。
在应用中，数据采集分析系统可连接云数据平台，根据当前盾构工程的掘进地层类型与盾构机类型，获得在上述掘进地层类型和盾构机类型的情况下，其他相似盾构工程的预设支护压力、预设总推力和预设注浆压力，上述预设支护压力、预设总推力和预设注浆压力包括其他相似盾构工程在不同情况下的数据，并将上述预设支护压力、预设总推力和预设注浆压力作为数据集输入预设人工神经网络，对上述预设人工神经网络进行训练。预设人工神经网络由输入层、隐含层和输出层构成，在输入层输入上述预设支护压力、预设总推力和预设注浆压力，并将各层节点的权值进行随机初始化，再通过前向传播算法获得hypothesis函数，随后采用激活函数经过梯度下降求解代价函数，并通过反向传播算法对各层节点存在的误差值进行推断，再将误差由输出层通过隐含层传递至输入层，最后，应用数值估计模型求解代价函数并查验反向传播算法的收敛情况，再使用梯度下降算法和反向传播算法求解最小化的代价函数以及各节点权值。上述预设人工神经网络训练好后，即获得了包括刀盘扭矩、刀盘转速和掘进速度等掘进参数的掘进参数预测模型，并将该掘进参数预测模型作为步骤S52中的预先获取的掘进参数预测模型。
本申请实施例提供的压力调节方法，通过气压监测装置获取气垫仓的气压数据，通过密度监测装置获取排浆管的泥浆密度数据，数据采集分析系统基于气压数据和泥浆密度数据，获取掘进参数预测值，并输出掘进参数预测值，智能控制器基于掘进参数预测值生成第五调节信号，并输出第五调节信号，掘进参数控制系统基于第五调节信号确定盾构机的掘进参数，能够在盾构机调节支护压力后，辅助现场专家和盾构司机进行掘进参数的设置，实现掘进参数的实时智能调节。
对应于上文实施例所述的压力调节方法，如图2所示，本申请实施例提供了一种压力调节系统，包括流量监测装置、数据采集分析系统、智能控制器、气压调节系统和泥浆输送系统；流量监测装置包括设置于进浆管的第一流量监测装置以及设置于排浆管的第二流量监测装置，流量监测装置与数据采集分析系统连接，数据采集分析系统与智能控制器连接，智能控制器分别与气压调节系统及泥浆输送系统连接，泥浆输送系统与进浆管连接；
第一流量监测装置用于获取进浆管的进浆流量数据；
第二流量监测装置用于获取排浆管的排浆流量数据；
数据采集分析系统用于接收并输出进浆流量数据和排浆流量数据；
智能控制器用于基于进浆流量数据和排浆流量数据生成第一调节信号和第二调节信号，并输出第一调节信号和第二调节信号；
气压调节系统用于基于第一调节信号确定盾构机的气垫仓的气压；
泥浆输送系统用于基于第二调节信号确定进浆管的泥浆密度；
压力调节系统用于基于气压和泥浆密度确定盾构机的支护压力。
需要说明的是，上述各个模块/单元之间的信息交互、执行过程等内容，由于与本申请方法实施例基于同一构思，其具体功能及带来的技术效果，具体可参见方法实施例部分，此处不再赘述。
本申请实施例还提供了一种盾构机，如图1所示，包括进浆管、排浆管、气垫仓，还包括如上所述的压力调节系统。
本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时可实现上述各个方法实施例中的步骤。
本申请实现上述实施例方法中的全部或部分流程，可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质至少可以包括：能够将计算机程序代码携带到终端设备的任何实体或设备、记录介质、计算机存储器、只读存储器（ROM，Read-Only Memory）、随机存取存储器（RAM，Random Access Memory）、电载波信号、电信信号以及软件分发介质。例如U盘、移动硬盘、磁碟或者光盘等。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的设备及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。
在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的设备实施例仅仅是示意性的，另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，设备间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。
以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种压力调节方法，其特征在于，应用于盾构机，所述盾构机包括进浆管、排浆管、气垫仓及压力调节系统，所述压力调节系统包括流量监测装置、数据采集分析系统、智能控制器、气压调节系统和泥浆输送系统；所述流量监测装置包括设置于所述进浆管的第一流量监测装置以及设置于所述排浆管的第二流量监测装置，所述流量监测装置与所述数据采集分析系统连接，所述数据采集分析系统与所述智能控制器连接，所述智能控制器分别与所述气压调节系统及所述泥浆输送系统连接，所述泥浆输送系统与所述进浆管连接；
所述压力调节方法包括：
所述第一流量监测装置获取所述进浆管的进浆流量数据，所述第二流量监测装置获取所述排浆管的排浆流量数据；
所述数据采集分析系统接收并输出所述进浆流量数据和所述排浆流量数据；
在排浆流量与进浆流量的差值到达预设的警戒值时，所述智能控制器基于所述进浆流量数据和所述排浆流量数据生成第一调节信号和第二调节信号，并输出所述第一调节信号和所述第二调节信号；
所述气压调节系统基于所述第一调节信号确定所述气垫仓的气压；
所述泥浆输送系统基于所述第二调节信号确定所述进浆管的泥浆密度；
所述压力调节系统基于所述气压和所述泥浆密度确定所述盾构机的支护压力。
2.如权利要求1所述的压力调节方法，其特征在于，所述压力调节系统还包括液位传感器，所述液位传感器设置于所述气垫仓；所述液位传感器与所述数据采集分析系统连接，所述泥浆输送系统还与所述排浆管连接；
所述第一流量监测装置获取所述进浆管的进浆流量数据，所述第二流量监测装置获取所述排浆管的排浆流量数据之前，所述压力调节方法还包括：
所述液位传感器获取所述气垫仓的泥浆液位数据，并输出所述泥浆液位数据；
所述数据采集分析系统接收并输出所述泥浆液位数据；
所述智能控制器基于所述泥浆液位数据生成第三调节信号，并输出所述第三调节信号；
所述泥浆输送系统基于所述第三调节信号确定所述进浆管的进浆流量和所述排浆管的排浆流量。
3.如权利要求1所述的压力调节方法，其特征在于，所述压力调节系统还包括排浆泵，所述泥浆输送系统通过所述排浆泵与所述排浆管连接，所述排浆泵与所述第二流量监测装置连接；
所述数据采集分析系统接收并输出所述进浆流量数据和所述排浆流量数据之后，所述压力调节方法还包括：
所述智能控制器基于所述进浆流量数据和所述排浆流量数据生成第四调节信号，并输出所述第四调节信号；
所述泥浆输送系统基于所述第四调节信号，通过所述排浆泵确定所述排浆管的排浆流量。
4.如权利要求1所述的压力调节方法，其特征在于，所述盾构机还包括泥浆储液罐和储水罐，所述压力调节系统还包括进浆泵，所述泥浆输送系统分别通过所述进浆泵与所述泥浆储液罐及所述储水罐连接，所述进浆泵与所述第一流量监测装置连接；
所述泥浆输送系统基于所述第二调节信号确定所述进浆管的泥浆密度，包括：
所述泥浆输送系统基于所述第二调节信号，通过所述进浆泵确定所述进浆管的泥浆密度。
5.如权利要求1至4任一项所述的压力调节方法，其特征在于，所述压力调节系统还包括气压监测装置、密度监测装置和掘进参数控制系统，所述气压监测装置设置于所述气垫仓，所述密度监测装置设置于所述排浆管；所述气压监测装置和所述密度监测装置分别与所述数据采集分析系统连接，所述掘进参数控制系统与所述智能控制器连接；
所述压力调节系统基于所述气压和所述泥浆密度确定所述盾构机的支护压力之后，所述压力调节方法还包括：
所述气压监测装置获取所述气垫仓的气压数据，并输出所述气压数据；
所述密度监测装置获取所述排浆管的泥浆密度数据，并输出所述泥浆密度数据；
所述数据采集分析系统基于所述气压数据和所述泥浆密度数据，获取掘进参数预测值，并输出所述掘进参数预测值；
所述智能控制器基于所述掘进参数预测值生成第五调节信号，并输出所述第五调节信号；
所述掘进参数控制系统基于所述第五调节信号确定所述盾构机的掘进参数。
6.如权利要求5所述的压力调节方法，其特征在于，所述数据采集分析系统基于所述气压数据和所述泥浆密度数据，获取掘进参数预测值，并输出所述掘进参数预测值，包括：
所述数据采集分析系统基于所述气压数据和所述泥浆密度数据，获取所述盾构机的支护压力、总推力和注浆压力；
所述数据采集分析系统基于所述支护压力、所述总推力、所述注浆压力及预先获取的掘进参数预测模型，获取掘进参数预测值，并输出所述掘进参数预测值。
7.如权利要求6所述的压力调节方法，其特征在于，所述压力调节方法还包括：
所述数据采集分析系统基于掘进地层类型与盾构机类型，获取预设支护压力、预设总推力和预设注浆压力；
所述数据采集分析系统基于所述预设支护压力、所述预设总推力、所述预设注浆压力及预设人工神经网络，获取所述掘进参数预测模型。
8.一种压力调节系统，其特征在于，包括流量监测装置、数据采集分析系统、智能控制器、气压调节系统和泥浆输送系统；所述流量监测装置包括设置于盾构机的进浆管的第一流量监测装置以及设置于所述盾构机的排浆管的第二流量监测装置，所述流量监测装置与所述数据采集分析系统连接，所述数据采集分析系统与所述智能控制器连接，所述智能控制器分别与所述气压调节系统及所述泥浆输送系统连接，所述泥浆输送系统与所述进浆管连接；
所述第一流量监测装置用于获取所述进浆管的进浆流量数据；
所述第二流量监测装置用于获取所述排浆管的排浆流量数据；
所述数据采集分析系统用于接收并输出所述进浆流量数据和所述排浆流量数据；
在排浆流量与进浆流量的差值到达预设的警戒值时，所述智能控制器用于基于所述进浆流量数据和所述排浆流量数据生成第一调节信号和第二调节信号，并输出所述第一调节信号和所述第二调节信号；
所述气压调节系统用于基于所述第一调节信号确定所述盾构机的气垫仓的气压；
所述泥浆输送系统用于基于所述第二调节信号确定所述进浆管的泥浆密度；
所述压力调节系统用于基于所述气压和所述泥浆密度确定所述盾构机的支护压力。
9.一种盾构机，其特征在于，包括进浆管、排浆管、气垫仓及如权利要求8所述的压力调节系统。
10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述的压力调节方法。
CN202310864433.0A 2023-07-14 2023-07-14 压力调节方法、系统、盾构机及计算机可读存储介质 Active CN116578130B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310864433.0A CN116578130B (zh) 2023-07-14 2023-07-14 压力调节方法、系统、盾构机及计算机可读存储介质

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310864433.0A CN116578130B (zh) 2023-07-14 2023-07-14 压力调节方法、系统、盾构机及计算机可读存储介质

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN116578130A CN116578130A (zh) 2023-08-11
CN116578130B true CN116578130B (zh) 2023-11-21

Family

ID=87536472

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202310864433.0A Active CN116578130B (zh) 2023-07-14 2023-07-14 压力调节方法、系统、盾构机及计算机可读存储介质

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN116578130B (zh)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003206691A (ja) * 2002-01-11 2003-07-25 Maeda Corp シールド到達工法
CN207048788U (zh) * 2017-08-04 2018-02-27 中船重型装备有限公司 一种双调节式的泥水机环流系统
CN113653496A (zh) * 2021-08-18 2021-11-16 同济大学 一种泥水盾构隧道掘进全过程稳定方法
CN115481565A (zh) * 2022-08-03 2022-12-16 中南大学 一种基于lstm和蚁群算法的土压平衡盾构机掘进参数预测方法
JP2023013173A (ja) * 2021-07-15 2023-01-26 大成建設株式会社 泥土圧シールド掘進機のチャンバ内圧力管理システムとチャンバ内圧力管理方法
CN115983327A (zh) * 2022-04-15 2023-04-18 北京交通大学 盾构掘进支护压力动态预测与智能决策控制系统
CN116220706A (zh) * 2023-03-30 2023-06-06 浙江大学 一种双舱式泥水平衡盾构掘进试验装置及方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003206691A (ja) * 2002-01-11 2003-07-25 Maeda Corp シールド到達工法
CN207048788U (zh) * 2017-08-04 2018-02-27 中船重型装备有限公司 一种双调节式的泥水机环流系统
JP2023013173A (ja) * 2021-07-15 2023-01-26 大成建設株式会社 泥土圧シールド掘進機のチャンバ内圧力管理システムとチャンバ内圧力管理方法
CN113653496A (zh) * 2021-08-18 2021-11-16 同济大学 一种泥水盾构隧道掘进全过程稳定方法
CN115983327A (zh) * 2022-04-15 2023-04-18 北京交通大学 盾构掘进支护压力动态预测与智能决策控制系统
CN115481565A (zh) * 2022-08-03 2022-12-16 中南大学 一种基于lstm和蚁群算法的土压平衡盾构机掘进参数预测方法
CN116220706A (zh) * 2023-03-30 2023-06-06 浙江大学 一种双舱式泥水平衡盾构掘进试验装置及方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN116578130A (zh) 2023-08-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106545305B (zh) 一种钻井液循环系统及其控制方法
CN108710754A (zh) 一种锚杆钻机推进力最优自抗扰控制方法
CN110863833B (zh) 一种隧道盾构掘进始发端头孤石区盾构机的掘进参数的控制工艺
CN211144497U (zh) 一种气垫式土压平衡盾构机
CN116578130B (zh) 压力调节方法、系统、盾构机及计算机可读存储介质
CN109779651A (zh) 一种砂姜黏土地层近距泥水平衡顶管施工方法
CN102129499B (zh) 隧道掘进机刀盘驱动载荷计算方法
CN112647957A (zh) 土压平衡盾构的土压智能控制方法及其系统
CN106703823A (zh) 大型掘进装备的姿态纠偏系统及方法
CN113653496B (zh) 一种泥水盾构隧道掘进全过程稳定方法
CN115438415B (zh) 一种盾构上跨高压输油管线施工方法
CN217813467U (zh) 一种盾构机尾部密封压力监测结构及系统
CN114087022B (zh) 煤层底板变参数突水通道预警系统及突水危险性判定方法
JP7427342B2 (ja) 泥水式シールド掘進機および泥水式シールド掘進機における圧縮空気の圧力調整方法
Maidl et al. Comparative analysis between the support of the tunnel face with foam (EPB) or bentonite (Slurry-shield) in the Dutch soft ground
JP3117380B2 (ja) 泥水式トンネル掘削機
CN115983327A (zh) 盾构掘进支护压力动态预测与智能决策控制系统
CN112539065B (zh) 一种顶管开挖面稳定性的监控系统及方法
JP3129853B2 (ja) 泥水加圧式シールド工事における切羽水圧の自動制御装置
JP2002147170A (ja) シールド掘進機の掘削管理装置
CN113719295B (zh) 一种泥水盾构法隧道掘进全过程稳定性智能控制系统
JP3572245B2 (ja) 掘削推進機のための自動泥土圧制御方法および制御装置
JPS59165798A (ja) 裏込注入圧力及び注入量管理装置
Chen et al. Construction technology of shield tunnel crossing the middle channel section of yangtze river
JP2700411B2 (ja) シールド工法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant