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盾构隧道通用管片拟合排版与管片选型技术研究

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同济大学学位论文原创性声明

第1章绪论

1.1研究背景

1.1.1盾构技术概述

1.1.2衬砌环的组合形式

1.1.3管片拼装方式

1.1.4管片排版方法

1.2国内外研究现状

1.2.1盾构导向系统的应用现状

1.2.2管片排版和选型系统的研究现状

1.3研究意义

1.4主要研究内容

第2章隧道轴线解算与管片拟合排版

2.1隧道轴线解算

2.1.1曲线要素

2.1.2曲线管理

2.1.3曲线坐标求解

2.2通用管片拟合排版

2.2.1通用管片的类型

2.2.2管片属性的抽象描述

2.2.3通用管片的拟合排版

第3章管片动态选型

3.1管片动态选型概述

3.1.1管片动态选型的影响因素

3.1.2各影响因素之间的关系及计算方法

3.1.3管片动态选型的原则

3.2管片选型的原理和方法

3.2.1管片选型需考虑的因素

3.2.2管片选型方法

3.3盾构掘进姿态控制

3.3.1盾构姿态控制概述

3.3.2盾构姿态的模糊控制方法

第4章系统介绍与工程实例

4.1系统介绍

4.1.1系统开发的相关技术

4.1.2系统功能介绍

4.2工程实例

4.2.1工程概况

4.2.2程序运行结果

第5章结论与展望

5.1总结

5.2后续工作展望

致谢

参考文献

个人简历 在读期间发表的学术论文和参与的科研工作

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摘要

通用管片作为一种较先进的隧道衬砌形式,在盾构法施工中能够较好地控制隧道掘进路线和管片成环质量。在隧道施工中,管片拼装对隧道设计轴线(Designed Tunnel Axis-DTA)的拟合偏差控制,是检验隧道完成质量的重要标准。本文主要针对于通用管片,着手管片拟合排版和施工动态选型方面的技术研究,主要包括以下几方面的工作:  管片的设计排版是以DTA为拟合目标,故首先针对隧道工程中常用的三种基本线型:直线、圆曲线和缓和曲线,分别根据其线形要素提取几何描述方程,并进行精确的坐标解算,实现任意里程点处管片拼装里程与其三维坐标值的转换。结果表明该坐标计算方法比长度插补法具有更高的精度,满足施工要求。  对管片的拟合排版进行分析,依照管片对隧道轴线的拟合偏差最小为最优的原则,编写选择管片最佳拼装点位的算法流程,实现管片的设计排版,得到隧道轴线不同位置上所排管片的基本信息,包括里程、拼装点位、空间坐标、拟合偏差等。  为了使管片的动态选型更接近施工实际,需要考虑盾构机的实时掘进参数。为此引入了人工智能方法,采用模糊控制器原理调整盾构主机的掘进趋势,实现盾构机的近期模拟推进。将盾构姿态与DTA的协调关系反映到千斤顶行程差上,参与动态选型。 分析了管片动态选型需要考虑的因素以及各因素之间的相互关系,推出了管片选型的目标函数表达式,该函数综合考虑了油缸行程差、盾尾间隙和拼装点位的影响,反映了管片姿态与盾构姿态的协调关系。同时考虑管片对轴线的偏差限制条件,结合主机姿态控制,预测出后几环管片的最优组合形式,并绘出拟合偏差图和管片的盾尾间隙变化图,为施工人员在管片拼装选型时提供参考用Visual C++语言编制了通用管片排版和动态选型软件。结合上海长江隧道的管片设计和隧道轴线,实现了长江隧道上行线的设计排版;模拟施工动态选型的结果也比较理想。

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