CN117094253B - 推拼同步下基于推力均匀性的油缸推力分配方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了推拼同步下基于推力均匀性的油缸推力分配算法及系统，属于盾构隧道施工技术和装备领域。基于管片分块的油缸分区，每个分区内至少设置一组油缸，每组油缸组内均设置至少一根油缸。构建油缸分区等效模型，油缸分区等效模型为合力和等效半径的显式函数；建立油缸组推力的约束优化模型，约束优化模型的目标函数为未回缩油缸的方差最小值，对约束优化模型采用优化算法得到合力的最优解，基于合力的最优解得到所需的单根油缸的推力。本发明将作用在每块管片上的油缸视为一个油缸分区，每个分区的油缸推力大小相同和伸缩同步。计算模型符合油缸分区独立控制的理念，可减少未知量的个数，提高了计算效率的同时不影响计算精度。

Description

推拼同步下基于推力均匀性的油缸推力分配方法及系统

技术领域

本发明属于盾构隧道施工技术和装置的技术领域，特别是涉及推拼同步下基于推力均匀性的油缸推力分配算法及系统。

背景技术

常规盾构施工采用推拼交替模式，即先掘进一环管片的宽度后停机拼装管片，待整环管片拼装完毕后，再进行下一循环。常规推拼模式的推拼时间可划分为掘进时间和拼装时间，两者时间大体相当，从而导致拼装效率较低。

为了克服常规推拼模式掘进效率较低的问题，日本首先提出了“管片同步拼装施工”的理念，即掘进的同时进行管片的拼装，相较于常规拼装模式，推拼同步模式可以节省近一半的时间。近年来，随着一大批长大隧道的规划与修建，推拼同步的技术优势充分体现。推拼同步技术经过不断地改进发展，油缸推力矢量控制技术成为一种可实施的技术方案。

在推拼同步过程中，边掘进边拼装管片，部分油缸需要缩回，因此盾构推力的矢量控制技术是推拼同步系统的关键，即通过算法控制油缸收缩前后总推力的大小和方向不变。现有的推拼同步推力矢量控制技术主要有三种：一种方式是缩回一组油缸用于管片拼装，再缩回一组与之对称的油缸(也称为同调)以克服偏载，其余油缸增大推力以实现合力点和总推力不变；另一种方式是使得未缩回的油缸形成梯度化的推进力以补偿缩回油缸的推进力；第三种方式是使得各油缸推力的变化值最小。上述三种方法均会导致油缸的性能无法充分发挥。

发明内容

本发明为解决上述背景技术中的问题，提供了推拼同步下基于推力均匀性的油缸推力分配算法及系统。

本发明采用以下技术方案：推拼同步下基于推力均匀性的油缸推力分配算法，至少包括以下步骤：每环管片由若干管片分块组成，于盾体内配置多组推进油缸组；推进时，每个管片分块上至少支撑有一组油缸；构建基于管片分块的油缸分区等效模型，所述管片分块油缸分区等效模型为将支撑于同一管片分块上的所有油缸视为一个油缸分区，分区内油缸推力的合力大小为F_j，等效半径为d_j；建立油缸组推力的约束优化模型，所述约束优化模型的目标函数为使未缩回油缸推力的方差达到最小值，所述约束优化模型的约束条件包括：目标总推力大小约束函数、推力偏心量约束函数和油缸组推力范围约束函数；对所述约束优化模型采用优化算法得到各油缸分区的合力F_j的最优解，基于合力F_j的最优解得到所需的单根油缸推力f_j。

在进一步的实施例中，根据需求设计和施工要求，每环管片由n块管片分块组成，每块管片分块j均配置有k_j组油缸组，每组油缸组中含有根油缸；其中，k≥1，/>1≤j≤n；/>为管片分块j内油缸组k_j中的油缸编号。

在进一步的实施例中，所述管片分块的油缸分区等效模型的构建流程如下：

取n块管片分块中的任意一块，以管片的圆心为坐标系原点(x₀，y₀)，以选定的管片分块的对称轴为y’轴，建立Ox’y’局部坐标系：通过等效公式(1)将管片分块j上的所有油缸组划分为同一分区，将同一分区内的油缸组进行等效为一根油缸；

式中，为油缸组k中的油缸编号，/>表示管片分块j中第k组油缸中编号为/>的油缸推力；x’_j为合力F_j在管片分块j的等效作用点的x轴坐标值，y’_j为合力F_j在管片分块j的等效作用点的y’轴坐标值，θ^j为合力F_j的等效作用点与坐标原点的连线与Ox’轴的夹角；

其中，所述x’轴坐标值x’_j的计算公式如下：

y’轴坐标值y’_j的计算公式如下：式中，r₀表示油缸推力点到坐标系原点(x₀，y₀)的距离，/>表示管片分块j中第k组油缸中编号为/>的油缸推力点与坐标系原点(x₀，y₀)的连线与坐标横轴的夹角。

在进一步的实施例中，还包括以下步骤：定义同一分区内的油缸推力相同，油缸在管片上沿对称轴对称分布，则所述等效公式(1)简化为：

其中，f_j为管片分块j中任意一个油缸的推力；

对应的，x’_j的取值简化为0，y’_j的取值通过以下公式计算得到：

在进一步的实施例中，所述约束优化模型的目标函数具体如下：

式中，g为优化目标函数，即拼装时剩余n-1个管片分块对应等效油缸推力的方差；/>为剩余n-1个等效油缸的推力平均值，/>

在进一步的实施例中，所述总推力大小约束函数如下：

其中，F₀为盾构掘进所需的目标总推力值；所述目标总推力值F₀的计算公式如下：

F₀＝F_阻+F_侧压+F_土压+F_摩+F_牵引，其中，F_阻为刀盘贯入阻力，F_侧压为作用在刀盘面板上的地层侧向压力，F_土压为刀盘开口处的土仓压力，F_摩为盾构推进过程中盾壳与地层间的摩擦力，F_牵引为后配套台车牵引力。

在进一步的实施例中，建立以管片的圆心为坐标系原点水平方向为x轴，竖直方向为y轴的整体坐标系Oxy。所述推力偏心量约束函数包括：x轴方向偏心约束函数和y轴方向偏心约束函数。

所述x轴方向偏心约束函数表示为：

其中，α_j表示管片分块j的油缸组的合力F_j作用点与x轴坐标之间的夹角，e_x0表示对x轴的目标偏心距。

所述y轴方向偏心约束函数表示为：

其中，e_y0表示对y轴的目标偏心距。

在进一步的实施例中，油缸组推力范围约束函数具体如下：

F_j，min≤F_j≤F_j，max；其中，F_j，min为保证安全拼装，第j根等效油缸所需最小推力，采用以下公式计算得到：

其中G_j表示第j块管片的自重，μ₁为油缸撑靴与管片之间的摩擦系数；μ₂为相邻两环管片之间的摩擦系数；F_j，max为第j根等效油缸最大推力，采用以下公式计算得到：/>其中，f_max表示单根油缸的最大推力。

在进一步的实施例中，所述对x轴的目标偏心距e_x0的计算公式如下：

其中M_Rx为绕x轴的纠偏力矩，其大小与围岩情况、盾构姿态有关。

所述对y轴的目标偏心距e_y0的计算公式如下：

其中M_Ry为绕y轴的纠偏力矩，其大小与围岩情况、盾构姿态有关。

推拼同步下基于推力均匀性的油缸推力分配系统，用于实现如上所述的分配算法；所述系统包括：设置在盾体内的硬件单元和连接于所述硬件单元的软件单元。

其中，所述硬件单元包括：若干油缸组，沿环向等间距分布在所述盾体内的油缸支撑架上；每组油缸由若干根油缸通过油缸撑靴联系在一起，所述油缸撑靴用于掘进时支撑在管片的横截面上。

在进一步的实施例中，所述油缸与油缸撑靴之间通过球铰铰接。

在进一步的实施例中，所述软件单元用于控制所述油缸组内单个油缸的推力大小，包括：

第一模块，根据管片分块，对盾构机油缸进行编号和分区，构建基于管片分块的油缸分区等效模型，所述管片分块油缸分区等效模型为将支撑于同一管片分块上的所有油缸视为一个油缸分区，分区内油缸推力的合力大小为F_j，作用等效半径为d_j。

第二模块，建立油缸组推力的约束优化模型，所述约束优化模型的目标函数为使未回缩油缸推力的方差达到最小值，所述约束优化模型的约束条件包括：目标总推力大小约束函数、推力偏心量约束函数和油缸组推力范围约束函数。

第三模块，根据设定的目标总推力值和目标偏心距，对所述约束优化模型采用优化算法得到合力F_j的最优解，基于合力F_j的最优解得到所需的单根油缸推力f_j，并将推力分配给相应的油缸。

本发明的有益效果：本发明提出了一种基于管片分块的油缸分区的计算模型，即将作用在每块管片上的油缸视为一个油缸分区，每个分区的油缸推力大小相同和伸缩同步。本计算模型首先符合油缸分区独立控制的理念，同时可减少未知量的个数，提高了计算效率的同时不影响计算精度。

与此同时，在保证推力矢量相同的条件下，尽可能地使各油缸的推力均匀，增加了油缸的寿命。

附图说明

图1为推拼同步模式下油缸压力均匀分配方法的流程图。

图2为管片分块及油缸分区示意图。

图3为单块管片的油缸组等效简化模型图。

图4为基于管片分块的油缸分区推力计算原理图。

图5为油缸推力合力示意图。

图6(a)为实施例1中目标总推力为100MN的同步推拼模式和非同步推拼模式下油缸推力对比分析图。

图6(b)为实施例1中目标总推力为150MN的同步推拼模式和非同步推拼模式下油缸推力对比分析图。

图6(c)为实施例1中目标总推力为211.1MN的同步推拼模式和非同步推拼模式下油缸推力对比分析图。

图6(d)为实施例1中目标总推力为232MN的同步推拼模式和非同步推拼模式下油缸推力对比分析图。

图7为实施例2中盾构机推进系统的三维结构示意图。

图8为某项目中盾构油缸推力作用点位置详图。

图1至图8中的各标注为：管片分块1、油缸撑靴2、油缸3、球铰4、盾体5、第一油缸分区1-1、第二油缸分区1-2、第三油缸分区1-3、第四油缸分区1-4、第五油缸分区1-5、第六油缸分区1-6、第七油缸分区1-7、第八油缸分区1-8、第九油缸分区1-9、第十油缸分区1-10。

具体实施方式

下面结合说明书附图和实施例对本发明做进一步的描述。

实施例1

如图1所示，推拼同步下基于推力均匀性的油缸推力分配算法，包括以下步骤：

步骤一、每环管片由若干个管片分块1组成，于盾体内配置多组推进油缸组；推进时，每个管片分块1上均分配有至少一组油缸组；

步骤二、构建基于管片分块的油缸分区等效模型，所述管片分块油缸分区等效模型为将支撑于同一管片分块上的所有油缸视为一个油缸分区，分区内油缸推力的合力大小为F_j，作用等效半径为d_j；

步骤三、建立油缸组推力的约束优化模型，所述约束优化模型的目标函数为未回缩油缸推力的方差最小值，所述约束优化模型的约束条件包括：目标总推力大小约束函数、推力偏心量约束函数和油缸组推力范围约束函数；

步骤四、对所述约束优化模型采用优化算法得到合力F_j的最优解，基于合力F_j的最优解得到所需的单根油缸推力f_j。

在进一步的实施例中，根据需求采用等分模式将管片均分成n块管片分块，每块管片分块j均配置有k_j组油缸组，每组油缸组中含有根油缸；其中，k≥1，/>1≤j≤n；/>为管片分块j内油缸组k_j中的油缸编号。

结合图2，每环管片由n块管片分块组成，即n＝10。每个管片分块上均支撑有两组油缸组，即k_j＝k₁＝k₂…＝k₁₀＝2。根据需求，每组油缸组中的油缸数量可为相同或者不同：对于一般情况，每组油缸组中的油缸数量应相等，如图2所示，换言之，每组油缸组中均设置有3根油缸。对于管片非均匀分块的情况，若采用上述油缸均匀分配方案，将导致油缸撑靴骑压管片纵缝时，每块管片上支撑的油缸组以及油缸组内油缸数量可不相同。举例，10块管片分块中的第一块管片分块上的两组油缸组分别为油缸组1₁和油缸组2₁，其中，油缸组1₁中的油缸数量为3，油缸组2₁中的油缸数量为2，则表示为：/>和/>同一管片分块上的不同油缸组内的油缸数量不同且分别为三个和两个。

以每组油缸组中的油缸数量相同为例，推进时支撑在同一块管片分块上的油缸推力相等，假设不考虑拼装误差以及管片位移引起的推力偏转则油缸推力方向垂直于管片横截面。

结合图3和图4，所述管片分块油缸分区等效模型的构建流程如下：取n块管片分块中任意一块，以管片的圆心为坐标系原点(x₀，y₀)，以选定的管片分块的对称轴为y’轴，建立Ox’y’局部坐标系：通过等效公式(1)将管片分块j上的所有油缸组划分为同一分区，将同一分区内的油缸组进行等效；

式中，为油缸组k中的油缸编号，/>表示管片分块j中第k组油缸中编号为/>的油缸推力；x’_j为合力F_j在管片分块j的等效作用点的x’轴坐标值，y’_j为合力F_j在管片分块j的等效作用点的y’轴坐标值；θ^j为合力F_j的等效作用点与坐标原点的连线与Ox’轴的夹角。

其中，所述x’轴坐标值x’_j的计算公式如下：

y’轴坐标值y’_j的计算公式如下：式中，r₀表示油缸推力点到坐标系原点(x₀，y₀)的距离，/>表示管片分块j中第k组油缸中编号为/>的油缸推力点与坐标系原点(x₀，y₀)的连线与坐标横轴的夹角。

在执行步骤二时，将作用在每块管片分块上的油缸组视为一个油缸分区，每个分区内的油缸推力大小相同和伸缩同步。因此，本发明中提出的基于管片分块的油缸分区等效模型符合油缸分区独立控制的理念，同时可减少未知量的个数。本实施例中，n＝10，即将管片等分成10块管片分块，共有60根油缸，每个油缸组设置有3根油缸，每块管片上支撑着2组油缸，可将支撑在同一块管片上的两组油缸划分同一油缸分区，得到以下油缸分区：第一油缸分区1-1、第二油缸分区1-2、第三油缸分区1-3、第四油缸分区1-4、第五油缸分区1-5、第六油缸分区1-6、第七油缸分区1-7、第八油缸分区1-8、第九油缸分区1-9、第十油缸分区1-10。

基于管片分块油缸分区等效模型，同一管片分块上的油缸推力的大小和方向均相同，将作用在每块管片上的油缸等效成一跟大油缸，等效原则为简化前后力的作用点和大小相同。图4中的F₁、F₂、…、F₁₀则分别为第一油缸分区、第二油缸分区、…、第十管片分块上等效后的油缸组合力。对应的，d₁、d₂、…、d₁₀则分别为第一管片分块、第二管片分块、…、第十管片分块上作用点的等效半径。图中，α₃表示第三管片分块的油缸组的合力F₃作用点与x轴坐标之间的夹角，α₅表示第五油缸的油缸组的合力F₅作用点与x轴坐标之间的夹角。

需要说明的是，专利CN114135300A曾提出各油缸推力变化最小的思想，但是基于全局考虑上述分配方法会加剧不同油缸的推力不均匀性，同时其计算模型将每根油缸推力视为优化变量，将大大增加计算工作量，降低计算效率。专利CN111810174A曾提出了存在四分区油缸推力计算模型，该模型将所有油缸等效为四组油缸，对于推拼同步模式不利于油缸推力的精确分配与盾构姿态的精确控制。

相比之下，本实施例提出的管片分块油缸分区等效模型中仅存在十个未知量，在提高了计算效率的同时不影响计算精度。

为了便于盾构姿态的调整以及防止管片在推拼过程中出现偏压，油缸一般对称支撑于管片上，由于每块管片上的油缸为同一分区，同一分区的油缸推力相同，所述等效公式(1)简化为：

其中，f_j为管片分块j中任意一个油缸的推力。

对应的，x’_j的取值简化为0，y’_j的取值通过以下公式计算得到：

拼装某块管片分块时，支撑在对应管片分块上的k_j组油缸组缩回，则对应的k_j组油缸组缩回的推力为零。举例，若第二块管片分块(j＝2)为待拼装管片，则第二块管片分块(j＝2)上的k₂组油缸组缩回后油缸推力为零。为了保证油缸收缩前后推力的矢量保持不变，应将缺失的相应的油缸顶推力分配给其他(n-1)k_j组油缸，分配的原则为保证油缸缩回前后，推力矢量保持不变，即保持推力的大小和偏心量不变。

以图1为例，在拼装最顶部管片时，需将支撑在第二块管片分块(j＝2)的两组油缸(6根)缩回，此时两组油缸的推力为零。为控制盾构掘进姿态，要保证油缸缩回前后，推力合力的大小和方向保持不变，因此，油缸收缩后，油缸推力的重分配是推拼同步系统的关键。

本实施例在保证推力矢量相同的条件下，尽可能地使各油缸的推力均匀，故以各油缸推力的方差最小为优化目标，即所述约束优化模型的目标函数具体如下：式中，g为优化目标函数，即推进时剩余n-1个管片分块对应油缸组的方差；/>为剩余n-1个k组油缸组的推力平均值，/>F₀为盾构掘进所需的目标总推力值。

步骤三中的总推力大小约束函数如下：

其中，所述目标总推力值F₀的计算公式如下：

F₀＝F_阻+F_侧压+F_土压+F_摩+F_牵引，其中，F_阻为刀盘贯入阻力，F_侧压为作用在刀盘面板上的地层侧向压力，F_土压为刀盘开口处的土仓压力，F_摩为盾构推进过程中盾壳与地层间的摩擦力，F_牵引为后配套台车牵引力。

推力偏心量约束函数包括：x轴方向偏心约束函数和y轴方向偏心约束函数；所述x轴方向偏心约束函数表示为：

其中，α_j表示管片分块j的油缸组的合力F_j作用点与x轴坐标之间的夹角，e_x0表示x轴方向目标偏心距。

所述y轴方向偏心约束函数表示为：

其中，e_y0表示y轴方向目标偏心距。

在本实施例中，所述对x轴的目标偏心距e_x0的计算公式如下：其中M_Rx为绕x轴的纠偏力矩，其大小与围岩情况、盾构姿态有关。

所述对y轴的目标偏心距e_y0的计算公式如下：其中M_Ry为绕y轴的纠偏力矩，其大小与围岩情况、盾构姿态有关。

在进一步的实施例中，油缸组推力范围约束函数具体如下：

F_j，min≤F_j≤F_j，max；其中，F_j，min为管片分块内油缸最小推力，采用以下公式计算得到：

其中Gj表示第j块管片的自重，μ₁为油缸撑靴与管片之间的摩擦系数；μ₂为管片与管片之间的摩擦系数；F_j，max为管片分块内油缸最大推力，采用以下公式计算得到：/>其中，f_max表示单根油缸的最大推力。举例说明：某项目中，隧道长13.1km，盾构长度11.8km，拟采用同步推拼技术进行掘进。隧道管片外径14.3m，环宽2m，厚度600mm，采用10等分分块形式，每块管片的角度36°。推进系统包含沿管片均匀分布的20组三联油缸，每块管片上支撑2组油缸，每组油缸由三根组成，共60根。油缸参数：直径420/280mm，油缸行程4000mm，最大油压35MPa，故单根油缸最大推力f_max＝4849kN。油缸支撑点位置如图8所示，r₀＝14m，每块管片支撑有2组油缸，两组油缸之间的夹角为9°，每组油缸内有3根油缸，油缸推力作用点的夹角为4.5°，故图3中的θ^j _1，1＝76.5°，同理可得到其他油缸推力作用点的夹角。

代入到公式(1)中，可得到：

基于管片分块内油缸最大推力的计算公式，得到

F_j，max＝6×4849＝29094kN。

建立10等分油缸推力计算模型，分别对油缸分区进行编号。根据2.2与3.1.1可知，d₁＝…＝d_n＝…＝d₁₀＝13.80m，α₁＝18°，α₂＝54°，同理可得α₃～α₁₀。

如图6(a)~图6(d)给出了偏心量为0，总推力为100MN、150MN、211.1MN和232MN时等效油缸的推力。1-10油缸组收回后，为了保证偏心距为0，缺失的推力由同侧油缸分担，因此同侧油缸推力的推力要大于对侧油缸的推力。为保证推拼过程总推力大小不变，各个油缸均有不同比例的增大。在油缸分区推力达到极限推力之前，各个油缸的推力均成比例增加，其中第一油缸分区1-1和第九油缸分区1-9增加最大，增加22％。第五油缸分区1-5油缸推力增加最小，分别为2.2％。当第一油缸分区1-1和第九油缸分区1-9推力达到极限推力后，两侧油缸推力依次增加，对侧分区油缸推力(第五油缸分区1-5)减小，当两侧分区油缸推力达到最大，对侧油缸为0时，总推力达到最大。

实施例2

本实施例公开了推拼同步模式下油缸3的推力均匀分配系统，用于实现实施例1所述的推拼同步模式下油缸3的推力均匀分配方法。如图7所示，包括：设置在盾体5内的硬件单元和连接于所述硬件单元的软件单元。

其中，硬件单元包括：若干组推进油缸组，沿环向等间距分布在所述盾体5内的油缸支撑架上；每3根油缸通过油缸撑靴2联系在一起组成一个油缸组，所述油缸撑靴2用于掘进时支撑在管片的横截面上。在本实施例中，油缸组实际为20组，每组油缸组中均设置有三根油缸3，位于同一油缸组中的油缸3通过球铰4连接于同一个油缸撑靴2。为保证油缸3的稳定性和管片横截面受压均匀，一般将2~3根油缸3划分为一组，每组油缸3两端分别设置一个油缸撑靴2，油缸撑靴2在掘进时支撑在管片的横截面上。

为了更好的控制每块管片上的油缸组，以及每组油缸组内的油缸推力，本实施例中的软件单元被设置为控制所述油缸组内单个油缸的推力大小，包括：

第一模块，根据管片分块，对盾构机油缸进行编号和分区，构建基于管片分块的油缸分区等效模型，所述基于管片分块的油缸分区等效模型为将支撑于同一管片分块上的所有油缸视为一个油缸分区，分区内油缸推力的合力大小为F_j，作用等效半径为d_j；

第二模块，建立油缸组推力的约束优化模型，所述约束优化模型的目标函数为使未回缩油缸推力的方差达到最小值，所述约束优化模型的约束条件包括：总推力大小约束函数、推力偏心量约束函数和油缸组推力范围约束函数；

第三模块，根据设定的目标总推力值和目标偏心距，对所述约束优化模型采用优化算法得到合力F_j的最优解，基于合力F_j的最优解得到所需的单根油缸推力f_j，并将推力分配给相应的油缸。

Claims (8)

1.推拼同步下基于推力均匀性的油缸推力分配方法，其特征在于，至少包括以下步骤：

每环管片由若干管片分块组成，于盾体内配置多组推进油缸组；推进时，每个管片分块上至少支撑有一组油缸；构建基于管片分块的油缸分区等效模型，所述管片分块的油缸分区等效模型为将支撑于同一管片分块上的所有油缸视为一个油缸分区，分区内油缸推力的合力大小为F_j，等效半径为d_j；

建立油缸组推力的约束优化模型，所述约束优化模型的目标函数为使未缩回油缸推力的方差达到最小值，所述约束优化模型的约束条件包括：总推力大小约束函数、推力偏心量约束函数和油缸组推力范围约束函数；

对所述约束优化模型采用优化算法得到合力F_j的最优解，基于合力F_j的最优解得到所需的单根油缸推力f_j；

所述管片分块的油缸分区等效模型的构建流程如下：

取n块管片分块中的任意一块，以管片的圆心为坐标系原点(x₀，y₀)，以选定的管片分块的对称轴为y’轴，建立Ox’y’局部坐标系：通过等效公式(1)将管片分块j上的所有油缸组划分为同一分区，将同一分区内的所有油缸进行等效为一根油缸；

式中，为油缸组k_j中的油缸编号，/>表示管片分块j中第k组油缸中编号为/>的油缸推力；x’_j为合力F_j在管片分块j的等效作用点的x’轴坐标值，y’_j为合力F_j在管片分块j的等效作用点的y’轴坐标值，θ^j为合力F_j的等效作用点与坐标原点的连线与Ox’轴的夹角；

其中，所述x’轴坐标值x’_j的计算公式如下：

y’轴坐标值y’_j的计算公式如下：式中，r₀表示油缸推力点到坐标系原点(x₀，y₀)的距离，/>表示管片分块j中第k组油缸中编号为/>的油缸推力点与坐标系原点(x₀，y₀)的连线与坐标横轴的夹角；

所述总推力大小约束函数如下：

其中，F₀为盾构掘进所需的目标总推力值；所述目标总推力值F₀的计算公式如下：

F₀＝F_阻+F_侧压+F_土压+F_摩+F_牵引，其中，F_阻为刀盘贯入阻力，F_侧压为作用在刀盘面板上的地层侧向压力，F_土压为刀盘开口处的土仓压力，F_摩为盾构推进过程中盾壳与地层间的摩擦力，F_牵引为后配套台车牵引力；

建立以管片的圆心为坐标系原点O(x₀，y₀)，水平方向为x轴，竖直方向为y轴的整体坐标系Oxy；所述推力偏心量约束函数包括：x轴方向偏心约束函数和y轴方向偏心约束函数；

所述x轴方向偏心约束函数表示为：

其中，α_j表示管片分块j的油缸组的合力F_j作用点与x轴坐标之间的夹角，e_x0表示对x轴的目标偏心距；

所述y轴方向偏心约束函数表示为：

其中，e_y0表示对y轴的目标偏心距；

油缸组推力范围约束函数具体如下：

F_j，min≤F_j≤F_j，max；其中，F_j，min为保证安全拼装，第j根等效油缸所需最小推力，采用以下公式计算得到：

其中G_j表示第j块管片的自重，μ₁为油缸撑靴与管片之间的摩擦系数；μ₂为相邻两环管片之间的摩擦系数；

F_j，max为第j根等效油缸的最大推力，采用以下公式计算得到：其中，f_max表示单根油缸的最大推力。

2.根据权利要求1所述的推拼同步下基于推力均匀性的油缸推力分配方法，其特征在于，根据需求，每环管片由n块管片分块组成，每块管片分块j均配置有k_j组油缸组，每组油缸组中含有根油缸；其中，k≥1，/>1≤j≤n；/>为管片分块j内油缸组k_j中的油缸编号。

3.根据权利要求1所述的推拼同步下基于推力均匀性的油缸推力分配方法，其特征在于，还包括以下步骤：定义同一分区内的油缸推力相同，油缸在管片上沿对称轴对称分布，则所述等效公式(1)简化为：

其中，f_j为管片分块j中任意一个油缸的推力；

对应的，x’_j的取值简化为0，y’_j的取值通过以下公式计算得到：

4.根据权利要求1所述的推拼同步下基于推力均匀性的油缸推力分配方法，其特征在于，所述约束优化模型的目标函数具体如下：

式中，g为优化目标函数，即拼装时剩余n-1个管片分块对应等效油缸推力的方差；/>为剩余n-1个等效油缸的推力平均值，/>F₀为盾构掘进所需的目标总推力值。

5.根据权利要求1所述的推拼同步下基于推力均匀性的油缸推力分配方法，其特征在于，

所述对x轴的目标偏心距e_x0的计算公式如下：其中M_Rx为绕x轴的纠偏力矩；

所述对y轴的目标偏心距e_y0的计算公式如下：其中M_Ry为绕y轴的纠偏力矩。

6.推拼同步下基于推力均匀性的油缸推力分配系统，用于实现如权利要求1至5中任意一项所述的分配方法；其特征在于，所述系统包括：设置在盾体内的硬件单元和连接于所述硬件单元的软件单元；

其中，所述硬件单元包括：若干油缸组，沿环向等间距分布在所述盾体内的油缸支撑架上；每组油缸由若干根油缸通过油缸撑靴联系在一起，所述油缸撑靴用于掘进时支撑在管片的横截面上。

7.根据权利要求6所述的推拼同步下基于推力均匀性的油缸推力分配系统，其特征在于，所述油缸与油缸撑靴之间通过球铰铰接。

8.根据权利要求6所述的推拼同步下基于推力均匀性的油缸推力分配系统，其特征在于，

所述软件单元用于控制所述油缸组内单个油缸的推力大小，包括：

第一模块，根据管片分块，对盾构机油缸进行编号和分区，构建基于管片分块的油缸分区等效模型，所述管片分块油缸分区等效模型为将支撑于同一管片分块上的所有油缸视为一个油缸分区，分区内油缸推力的合力大小为F_j，作用等效半径为d_j；

第二模块，建立油缸组推力的约束优化模型，所述约束优化模型的目标函数为使未回缩油缸推力的方差达到最小值，所述约束优化模型的约束条件包括：总推力大小约束函数、推力偏心量约束函数和油缸组推力范围约束函数；

第三模块，根据设定的目标总推力值和目标偏心距，对所述约束优化模型采用优化算法得到合力F_j的最优解，基于合力F_j的最优解得到所需的单根油缸推力f_j，并将推力分配给相应的油缸。