隧道通用楔形管片动态排版算法设计与实现

来源 :石家庄铁道大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:guhong_2
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通用楔形管片作为一种较先进的隧道衬砌形式,在盾构法施工中使用的比例越来越高。该类型管片的动态排版对于盾构机的安全掘进和隧道的成型质量具有重要的影响。动态排版和盾构机纠偏曲线具有不可分割的密切联系。本文针对通用楔形管片的动态排版和盾构机纠偏曲线进行研究,包括以下几方面的内容:分析了管片动态选型涉及的管片几何尺寸、盾尾间隙、油缸行程差、管片拟合中心相对于设计轴线的偏差等因素,以及各因素之间的相互关系。对推进油缸行程数据使用平面拟合得到管片端面相对于盾构机的姿态关系,对盾尾间隙数据使用圆形或椭圆拟合得到管片相对于盾构机的位置关系。定义了一组向量用来描述管片与盾构机、管片与设计轴线之间的相对关系。推导了前后两环管片之间油缸行程差、盾尾间隙、与设计轴线偏差的关系公式。结合盾构机与设计轴线的相对关系,考虑盾尾间隙、铰接装置、管片最小拟合半径、推进油缸允许的最大的油缸行程差等因素,得到纠偏曲线的计算公式。根据纠偏曲线计算得到接下来几环的盾构机趋势、由于纠偏引入的油缸行程差等数据,为盾构机操作人员提供控制建议。设计了一个用来评价管片动态排版结果的目标函数,该函数考虑了错缝拼装、油缸行程差、盾尾间隙、与设计轴线偏差等因素。通过计算接下来四环管片目标函数和的最小值,得到最优的排版方案。给出这四环管片拟合偏差趋势图、盾尾间隙趋势图、油缸行程差趋势图,为施工人员提供动态排版建议。使用Python语言编写了通用楔形管片动态排版和计算盾构机纠偏曲线的算法。结合京张高铁清华园隧道工程,取得了较好效果。
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