为了确定盾构机密封舱渣土的非线性本构模型及其模型中的参数,提出了基于三轴压缩实验数据的参数反演方法。基于土压力理论,建立了盾构机掘进工作面土压力分布模型。基于Duncan-Chang非线性双曲线本构模型,数值模拟了土压平衡盾构机密封舱内的土压力分布特性。数值模拟结果表明:密封舱隔板上的土压力与掘进工作面土压力存在压力差,其大小与刀盘开口率有关。数值模拟的密封舱内土压力分布场为密封舱土压力分布式控制系统提供了参考模型。

为实现更准确、有效的土压平衡控制,提出一种新的密封舱土压平衡控制的建模方法。基于小波阈值去噪后的现场施工数据,采用最小二乘法建立了密封舱压力场分布模型;在此基础上,通过分析掘进控制参数与密封舱压力的关系以及土压状态发生变化的影响因子,建立了以等效压力为控制目标的密封舱土压平衡控制模型。设计了模糊自适应PID控制器,构建了土压平衡控制系统。最后,利用现场施工数据进行仿真验证,结果表明模型的有效性,为盾构掘进过程的土压平衡控制奠定了基础。

盾构掘进过程中开挖面压力失衡易导致地表塌陷或隆起的灾难性事故。由于密封舱土压的变化情况与开挖面压力密切相关,因此精确预测及控制密封舱土压是有效预防开挖面压力失衡的关键技术之一。为建立密封舱土压的预测模型,首先从机理上对密封舱土压与掘进参数的关系,特别是刀盘扭矩对土压的影响,做了详细分析,以此为基础确定了密封舱土压模型新的输入输出参数。然后建立了依据密封舱压力传感器数据、基于最小二乘支持向量机(LS-SVM)的土压预测模型。并且基于此预测模型,以密封舱内4点土压预测值与设定值偏差最小为优化指标,采

分析了影响盾构土压平衡的掘进参数之间及其与土仓压力间的相互关系,采用自适应神经模糊推理系统(ANFIS)建立了一个以推进力、推进速度、土仓压力实时数据采样值为输入,螺旋输送机转速为输出的基于排土控制的盾构土压平衡控制模型.在Matlab中利用100组施工现场数据对模型进行训练和参数优化,并采用另外100组数据对训练好的模型加以检验.结果表明,模型预测结果与实测数据吻合较好,说明该土压平衡控制模型能够很好地逼近盾构掘进此类非线性过程,同时可以对掘进参数进行有效的预测控制.