本课题来源于国家863计划项目——盾构(Tunnel Boring Machine--TBM))隧道掘进施工辅助系统和导向技术研究及示范应用。本文主要研究管片选取对隧道设计轴线(Designed Tunnel Axis--DTA)的拟合问题。管片选取一般只使用数学公式计算出结果,然后根据结果预测管片。但是在有铰接油缸的盾构中,铰接油缸伸长量是不能直接控制的,不确定的,所以只用数学公式在预测应用上有局限性,需要探索新的方法。模糊控制理论可以较好的解决这个问题。本文的主要工作和研究内容如下:(1)使用一般方法,即建立明确的数学模型,导出数学公式,进行无铰接油缸盾构的管片选取。(2)引入人工智能理论,进行有铰接油缸的盾构的管片预测选取。铰接油缸伸长量不能预先确定,不能通过明确管片预测数学模型求解,所以本文引入人工智能思想,模拟分层模糊控制器进行此类管片选取。铰接油缸伸长量视为始终为零,则该过程演变为无铰接油缸盾构的管环预测。(3)进行纠偏判别。盾构施工中的管片选取与盾构姿态共同决定盾构的施工方向。隧道设计轴线提供的只是线形要素,每点的空间坐标需要自行求取。本文采用直线插补算法,以一米为插补长度,经过推导得出隧道设计轴线上点的空间坐标公式,误差分析表明该插补算法满足施工要求。求得对应的隧道设计轴线上的坐标值后,将其与实时测量获得的盾构空间坐标比较,判断是否需要纠偏。(4)设计纠偏曲线。当偏移量和偏移角度数值比较大,超过管片自身的纠偏范围时,则需要设计纠偏曲线。本文结合几何图形推导得出针对圆曲线、直线和缓和曲线等不同曲线段的对应的纠偏方法和相应公式。