[发明专利]一种土压平衡盾构机土压智能控制系统

说明书

本发明公开了土压盾构机隧道施工控制技术领域的一种土压平衡盾构机土压智能控制系统，由PLC自动控制系统、工控机、盾构土压算法控制系统、导向系统、掘进管理系统组成，PLC自动控制系统与工控机之间通过KepServerex相互通讯，盾构土压算法控制系统与导向系统以及掘进管理系统通过TCP/IP相互通讯；本发明通过土压平衡盾构土压智能控制系统，克服了在盾构施工中由于人为施工经验不足带来对施工的影响因素，而且土压智能控制的实现，也将大幅提高盾构施工效率，避免地表沉降与隆起的发生，在保证盾构施工安全和质量的同时，降低盾构司机工作强度。

技术领域

本发明涉及土压盾构机隧道施工控制技术领域，具体为一种土压平衡盾构机土压智能控制系统。

背景技术

随着轨道交通的大力发展，越来越多的地下隧道得以建设。目前，合理开发利用地下空间己成为国内外公认的解决土地资源紧缺问题与建设用地严重不足问题的最佳途径。因此，大量盾构隧道施工得到开展，盾构法施工经验也得到积累。土压平衡盾构机在施工中盾构土舱土压的控制对于盾构隧道施工质量，防止地表隆起沉降具有重要意义，是指导掘进的重要参考指标。目前盾构土压的控制仍旧依靠盾构司机的施工经验，这种方法受人为因素影响严重，土压控制不当极易造成地表隆起或坍塌，轻则影响周围地质稳定性，重则造成建筑物的倾斜倒塌甚至人员伤亡。因此，在土压平衡盾构上实现土压智能控制，将大幅降低盾构司机工作强度，提高施工效率和质量，避免地表沉降与隆起的发生，基于此，本发明设计了一种土压平衡盾构机土压智能控制系统，以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种土压平衡盾构机土压智能控制系统，以解决上述背景技术中提出的目前盾构土压的控制仍旧依靠盾构司机的施工经验，这种方法受人为因素影响严重，土压控制不当极易造成地表隆起或坍塌，轻则影响周围地质稳定性，重则造成建筑物的倾斜倒塌甚至人员伤亡的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种土压平衡盾构机土压智能控制系统，由PLC自动控制系统、工控机、盾构土压算法控制系统、导向系统、掘进管理系统组成，所述PLC自动控制系统与工控机之间通过KepServerex相互通讯，所述盾构土压算法控制系统与导向系统以及掘进管理系统通过TCP/IP相互通讯；

所述PLC自动控制系统包括电源模块、输入输出控制单元、人机界面、传感器系统，且输入输出控制单元中包括电磁阀以及比例阀；

其中，PLC自动控制系统负责接收来自盾构土压算法控制系统中推荐的控制参数并控制电磁阀以及比例阀的输出，同时将传感器系统以及人机界面运行参数实时反馈给土压算法控制系统；

工控机主要负责盾构机土压算法控制系统运行，并将控制系统生成控制参数推荐给PLC自动控制系统；

导向系统以及掘进管理系统则负责向土压算法控制系统实时传送全面的盾构机运行数据。

优选的，盾构机土压算法控制系统包括盾构机掘进前盾构施工参数生成以及盾构掘进中施工参数生成两部分，且盾构机土压算法控制系统根据掘进区间地质勘测数据，自动计算每一环最适土压范围并输入系统，作为盾构机掘进过程中土舱土压的跟随目标。

优选的，所述掘进前盾构施工参数生成为在盾构掘进前，盾构机土压算法控制系统盾构掘进历史数据进行预处理，利用BP神经网络对处理后的掘进历史数据进行训练建立土压控制模型，随后通过粒子群优化算法输出盾构初始掘进参数。

优选的，所述土压控制模型数据包括地下水位、水的容重、土体透水强度、静止侧压系数、有效内摩擦角、土粘聚力、土体容重、盾构埋深、刀盘直径，输出为主动土压、被动土压、静止土压数据。

优选的，所述盾构掘进中施工参数生成为盾构机土压算法控制系统将实时采集盾构施工数据，并利用深度确定性策略梯度算法DDPG构建双网络结构来促进神经网络的有效学习，使控制系统的输出变量能够根据盾构机实时反馈的掘进参数同自主寻优控制结合不断的学习与优化。