一种盾构机超挖量计算方法技术

本发明专利技术属于隧道开挖技术领域，公开一种盾构机超挖量计算方法，通过模拟盾构机转弯推进两环过程中三个连续的点位，来模拟盾构机转弯推进过程中的动态过程，基于盾构机在三个连续的点位处的姿态能够获取盾构机刀盘的切削范围，并确定刀盘切削范围的半径R1、以及获取盾构机壳体的扫掠范围，并确定盾构机壳体扫掠范围的半径R2，超挖量RO＝R1

【技术实现步骤摘要】
一种盾构机超挖量计算方法


[0001]本专利技术涉及隧道开挖
，尤其涉及一种盾构机超挖量计算方法。

技术介绍

[0002]盾构机是城市隧道施工使用的工程机械。隧道设计线路中不可避免地存在转弯部位，因此，盾构机上设置有铰接油缸，以使其能够进行曲线施工。盾构机沿曲线掘进过程中，其处于纠偏状态，刀盘上的仿行刀也处于开启状态，实际挖掘量超出理论挖掘量。因此，计算盾构机在沿曲线转弯过程中的超挖量对于隧道的开挖质量极为重要。
[0003]现有盾构机超挖量计算方法中，通常不考虑盾构机推进时的动态过程，只对盾构机静态的、单一的姿态进行分析，粗略的认为盾构机的推进圆曲线的圆心是在盾构机长度方向的中线上，实际上圆曲线并非如此，这种方法计算出来的超挖量存在一定的误差。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种盾构机超挖量计算方法，能够准确计算出盾构机转弯过程中的超挖量，提高隧道的开挖精度和质量。
[0005]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0006]提供一种盾构机超挖量计算方法，包括以下步骤：
[0007]模拟盾构机转弯推进两环过程中三个连续的点位，以获取盾构机刀盘的切削范围的半径R1、以及获取盾构机壳体的扫掠范围的半径R2；
[0008]计算超挖量：超挖量RO＝R1
‑
R2。
[0009]作为本专利技术提供的盾构机超挖量计算方法的优选方案，还包括以下步骤：
[0010]建立盾构机转弯时的姿态模型M；
[0011]将三个姿态模型M作为盾构机转弯推进两环过程中的三个连续的点位；
[0012]在相邻两个点位之间添加完全约束条件，以模拟盾构机转弯推进两环的过程。
[0013]作为本专利技术提供的盾构机超挖量计算方法的优选方案，建立姿态模型M的步骤包括：
[0014]建立盾构机的前段模型和后段模型，前段模型和后段模型之间设置有内侧铰接油缸、外侧铰接油缸以及铰接密封结构；
[0015]在前段模型和后段模型之间添加完全约束条件，以模拟盾构机转弯时的姿态。
[0016]作为本专利技术提供的盾构机超挖量计算方法的优选方案，在前段模型和后段模型之间添加的完全约束条件包括：
[0017]前段模型和后段模型的接触条件：由铰接密封结构确定；
[0018]内侧铰接油缸的行程值S1；
[0019]前段模型和后段模型的中心线上三个点所确定的圆弧的半径为盾构机的转弯半径RT。
[0020]作为本专利技术提供的盾构机超挖量计算方法的优选方案，中心线上的三个点分别
为：中心线的两个端点以及中心线的中点。
[0021]作为本专利技术提供的盾构机超挖量计算方法的优选方案，在建立姿态模型M之后，测量外侧铰接油缸的行程S2、姿态模型M的铰接角度以及铰接密封压缩量。
[0022]作为本专利技术提供的盾构机超挖量计算方法的优选方案，盾构机在推进油缸的推动作用下掘进，推进油缸包括内侧推进油缸和外侧推进油缸；
[0023]两个点位之间添加的完全约束条件包括：
[0024]盾构机的推进油缸的轴线平行于后段模型的轴线；
[0025]内侧推进油缸的行程S3，S3为楔形管片的环宽；
[0026]盾构机推进一环后的姿态偏转角度α，α为楔形管片的楔形夹角。
[0027]作为本专利技术提供的盾构机超挖量计算方法的优选方案，在两个点位之间添加完全约束条件之后，测量外侧推进油缸的行程S4。
[0028]作为本专利技术提供的盾构机超挖量计算方法的优选方案，在两个点位之间添加完全约束条件之后，还包括以下步骤：
[0029]以三个点位处的刀盘边缘点作圆A，圆A的半径为R1；
[0030]作与圆A同心的圆B，且圆B与任一点位的前段模型的边缘相切，并测量圆B的半径RB；
[0031]作与圆A同心的圆C，且圆C与任一点位的后段模型的边缘相切，并测量圆C的半径RC；
[0032]盾构机壳体的扫掠范围的半径R2＝min(RB，RC)。
[0033]作为本专利技术提供的盾构机超挖量计算方法的优选方案，前段模型、后段模型以及姿态模型M均为在三维建模软件中建立的块模型。
[0034]本专利技术的有益效果：
[0035]本专利技术提供一种盾构机超挖量计算方法，通过模拟盾构机转弯推进两环过程中三个连续的点位，来模拟盾构机转弯推进过程中的动态过程，基于盾构机在三个连续点位处的姿态能够获取盾构机刀盘的切削范围，并确定刀盘切削范围的半径R1、以及获取盾构机壳体的扫掠范围，并确定盾构机壳体扫掠范围的半径R2，进而可计算出盾构机转弯过程中的超挖量RO＝R1
‑
R2。相比于现有技术中只对盾构机静态的、单一的姿态进行分析，本专利技术通过模拟盾构机推进时的动态过程来确定刀盘以及壳体的扫掠范围，计算结果更为准确。另外，本专利技术中盾构机动态过程的模拟在三维建模软件中实现，方便操作，对于盾构机的型号尺寸不同或转弯半径不同的案例，在计算超挖量时只需要修改一下相关参数即可，方便快捷，且准确率高。
附图说明
[0036]图1是本专利技术中盾构机转弯过程中的姿态模型M的示意图；
[0037]图2是本专利技术中盾构机转弯推进两环的示意图；
[0038]图3是本专利技术中确定超挖量的过程示意图；
[0039]图4是图3中F处的局部放大图。
[0040]图中：
[0041]1、前段模型；2、后段模型；3、第一点位；4、第二点位；5、第三点位。
具体实施方式
[0042]下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本专利技术，而非对本专利技术的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本专利技术相关的部分而非全部结构。
[0043]在本专利技术的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。
[0044]在本专利技术中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
[0045]在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种盾构机超挖量计算方法，其特征在于，包括以下步骤：模拟盾构机转弯推进两环过程中三个连续的点位，以获取盾构机刀盘的切削范围的半径R1、以及获取盾构机壳体的扫掠范围的半径R2；计算超挖量：超挖量RO＝R1
‑
R2。2.根据权利要求1所述的盾构机超挖量计算方法，其特征在于，还包括以下步骤：建立盾构机转弯时的姿态模型M；将三个姿态模型M作为盾构机转弯推进两环过程中的三个连续的点位；在相邻两个点位之间添加完全约束条件，以模拟盾构机转弯推进两环的过程。3.根据权利要求2所述的盾构机超挖量计算方法，其特征在于，建立姿态模型M的步骤包括：建立盾构机的前段模型(1)和后段模型(2)，前段模型(1)和后段模型(2)之间设置有内侧铰接油缸、外侧铰接油缸以及铰接密封结构；在前段模型(1)和后段模型(2)之间添加完全约束条件，以模拟盾构机转弯时的姿态。4.根据权利要求3所述的盾构机超挖量计算方法，其特征在于，在前段模型(1)和后段模型(2)之间添加的完全约束条件包括：前段模型(1)和后段模型(2)的接触条件：由铰接密封结构确定；内侧铰接油缸的行程值S1；前段模型(1)和后段模型(2)的中心线上三个点所确定的圆弧的半径为盾构机的转弯半径RT。5.根据权利要求4所述的盾构机超挖量计算方法，其特征在于，中心线上的三个点分别为：中心线的两个端点...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏建坤，徐佳乐，翁晨刚，赵培，
申请(专利权)人：上海市机械施工集团有限公司，
类型：发明
国别省市：