邢婭莉

摘要：針對(duì)目前頂管掘進(jìn)機(jī)存在的智能化程度低、控制精度差等問(wèn)題，將模糊控制的思想引入到頂管機(jī)泥水平衡控制中，提出了最優(yōu)壓力比的動(dòng)態(tài)控制理念。工程應(yīng)用顯示，該方案能夠取得較好的施工效果，可帶來(lái)明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

關(guān)鍵詞：非開(kāi)挖技術(shù)；頂管掘進(jìn)機(jī)；模糊控制；優(yōu)化算法

中圖分類號(hào)：U415.5文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

0引言

非開(kāi)挖技術(shù)是利用巖土鉆掘的技術(shù)手段，在地表以最少的開(kāi)挖量或不需開(kāi)挖的條件下鋪設(shè)、更換或修復(fù)各種地下管線的一種施工新技術(shù)。頂管掘進(jìn)機(jī)（簡(jiǎn)稱頂管機(jī)）是非開(kāi)挖技術(shù)中鋪設(shè)新管線的施工機(jī)械。目前，在中國(guó)地下水豐富的南方地區(qū)主要采用泥水平衡型頂管機(jī)，該類頂管施工中的關(guān)鍵要素為泥水管理問(wèn)題。本文結(jié)合佛山市里水鎮(zhèn)和順片區(qū)首期截污工程Ⅰ標(biāo)段的工程實(shí)踐，將模糊控制思想引入泥水平衡控制中，提出新式的頂管機(jī)控制方案。

1泥水平衡型頂管機(jī)工作原理

泥水平衡型頂管機(jī)在施工過(guò)程中，用水力或機(jī)械切削泥土，再用水力輸送棄土，同時(shí)利用泥水壓力來(lái)平衡地下水壓力和土壓力。因此，泥水平衡式頂管施工關(guān)鍵要素是施工中的泥水管理問(wèn)題。傳統(tǒng)的頂管機(jī)泥水管理系統(tǒng)存在智能化程度較低、對(duì)施工人員依賴度高及可靠性較差等問(wèn)題。

許多研究與實(shí)踐表明，頂進(jìn)速度需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)土質(zhì)情況確定，一般在6～25 m·h-1之間，淤泥質(zhì)土強(qiáng)度小，土壓力小，頂進(jìn)速度較大；而砂質(zhì)土強(qiáng)度居中，土壓力一般，頂進(jìn)速度值稍慢；粘土強(qiáng)度大，土壓力大，頂進(jìn)速度最小。

為適應(yīng)頻繁變化的巖石類型和強(qiáng)度，需要不斷調(diào)整頂進(jìn)速度，保證其盡可能在最優(yōu)壓力比下工作。而在頂管機(jī)掘進(jìn)過(guò)程中，由于地層不斷變化，土壓力也呈動(dòng)態(tài)變化。因此，宜采用定性的、不精確的語(yǔ)言規(guī)則加以描述，如“若頂進(jìn)速度達(dá)不到最優(yōu)壓力比的要求，則應(yīng)適當(dāng)增加頂進(jìn)速度”等[2]?；诖?，提出泥水平衡頂管設(shè)備最優(yōu)壓力比的理念，即實(shí)時(shí)調(diào)整頂進(jìn)速度，以適應(yīng)已確定的泥水壓力和變化的地質(zhì)條件，并運(yùn)用模糊數(shù)學(xué)理論建立最優(yōu)壓力比的動(dòng)態(tài)控制模糊數(shù)學(xué)模型，從而將頂管機(jī)的控制過(guò)程智能化，提高工作效率和工程質(zhì)量。

2最優(yōu)壓力比的動(dòng)態(tài)模糊控制方法

根據(jù)上述最優(yōu)壓力比的動(dòng)態(tài)控制原理及模糊控制理論，在頂進(jìn)過(guò)程中主要通過(guò)控制頂進(jìn)速度來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)最低掘進(jìn)比能的控制。設(shè)計(jì)輸入變量為頂進(jìn)速度S，經(jīng)模糊系統(tǒng)推理，輸出該頂進(jìn)速度下的壓力比值Pn/（Ps+Pt） ，然后計(jì)算實(shí)際Pn/（Ps+Pt） 與最優(yōu)Pn/（Ps+Pt）的差值的絕對(duì)值Pn/Δ（Ps+Pt） ，并判斷其是否小于容許值。若不滿足條件，根據(jù)[Pn/Δ（（Ps+Pt）]S模糊關(guān)系（由模糊推理決定）計(jì)算需調(diào)整的頂進(jìn)速度（ΔS），反饋調(diào)整頂進(jìn)速度，實(shí)現(xiàn)對(duì)頂管機(jī)的最優(yōu)控制。整個(gè)控制過(guò)程為單輸入、單輸出的控制。3模糊控制的應(yīng)用

建立模糊規(guī)則前，先根據(jù)施工地質(zhì)勘探報(bào)告和排出的巖碴判斷工程所處的地層類型，然后根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)的掘進(jìn)數(shù)據(jù)，對(duì)關(guān)鍵掘進(jìn)參數(shù)進(jìn)行分析計(jì)算，以確定頂進(jìn)速度控制范圍、切深控制范圍及切割比能分布[3]。其中，切割比能的分布是確定最優(yōu)壓力比的重要依據(jù)，最低切割比能對(duì)應(yīng)最優(yōu)壓力比，由推力作用比能SEf和頂進(jìn)速度作用比能SEs組成，按式（1）計(jì)算掘進(jìn)過(guò)程中的切割比能。SE=SEf+SEs=FNA+2FRASPn（1）式中：A為刀盤切割的面積；FN、FR 分別為刀具的法向作用力和切向作用力；Pn為刀盤每轉(zhuǎn)切深；S為刀盤轉(zhuǎn)速。根據(jù)不同地層條件下的頂進(jìn)速度和Pn/（Ps+Pt）的范圍，對(duì)其進(jìn)行模糊化[4]，產(chǎn)生若干模糊子集，建立輸入輸出各子集之間的模糊映射關(guān)系（即模糊規(guī)則）。頂管機(jī)在粘土、砂質(zhì)土和淤泥質(zhì)土地層條件下掘進(jìn)時(shí)，均將其頂進(jìn)速度和Pn/（Ps+Pt）劃分為7個(gè)模糊子集，由此建立的模糊推理規(guī)則分別見(jiàn)表1～3。

4.1工程概況

工程設(shè)計(jì)范圍為佛山市里水鎮(zhèn)和順片區(qū)首期截污工程Ⅰ標(biāo)段。污水干管采用頂管法施工，頂管管材用Ⅲ級(jí)鋼筋混凝土內(nèi)襯改性PVC管DN800，長(zhǎng)為1 2672 m。污水次干管主要采用明開(kāi)挖施工的方法，管材采用503 m長(zhǎng)的ERPP模壓排水管DN400～DN600，以及111 m長(zhǎng)的鋼帶增強(qiáng)內(nèi)螺紋波紋管。本區(qū)域根據(jù)規(guī)劃的要求，沿線分流制污水直接排入污水干管，通過(guò)轉(zhuǎn)輸，最終排往和順污水處理廠。

4.2水文地質(zhì)條件

施工場(chǎng)地內(nèi)鉆探揭露的地層有：人工填土、第四系沖積層、殘積層及石炭系基巖。本工程頂管施工在淤泥質(zhì)粉粘土和淤泥質(zhì)粉砂土層中進(jìn)行，該部分土質(zhì)較為松散，含水量較高，具有流塑性，在頂管施工過(guò)程中如果泥水平衡控制不好，容易造成地面塌陷或者地面隆起。在本工程中，投入兩套頂管設(shè)備進(jìn)行頂管施工。其中一套頂管設(shè)備采用傳統(tǒng)的控制方式，另外一套頂管設(shè)備進(jìn)行了控制系統(tǒng)的改造，引入模糊控制算法進(jìn)行泥水平衡控制。

4.3控制策略的確定

根據(jù)本工程的地質(zhì)報(bào)告，頂管頂進(jìn)斷面為淤泥質(zhì)粉粘土和淤泥質(zhì)粉砂土，故采用淤泥土質(zhì)模糊控制方案，頂進(jìn)過(guò)程中引入模糊控制算法的頂管設(shè)備自動(dòng)控制頂管速度為20～25 m·h-1。

4.4施工成果

經(jīng)過(guò)2個(gè)月的緊張施工，兩套設(shè)備共完成了1 2672 m的頂管施工，完成的工作情況如表4所示，改造后的設(shè)備施工偏差如圖2所示。

5結(jié)語(yǔ)

本文利用模糊控制思想，提出了新式的頂管掘進(jìn)機(jī)施工管理方案，并分析了新方案在實(shí)際工程中的使用情況，從而為解決目前設(shè)備智能化程度低、施工進(jìn)度慢等問(wèn)題提供了理論依據(jù)，并通過(guò)實(shí)踐證明新方案可以提高施工管理的工作效率和工程質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

[1]范民權(quán).淺談非開(kāi)挖管道工程設(shè)計(jì)和施工的關(guān)鍵技術(shù)[J].特種結(jié)構(gòu)，2011，28（4）：8385.

[2]趙振宇，徐用懋.模糊理論和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)與應(yīng)用[M].北京：清華大學(xué)出版社，1996.

[3]趙丁選，楊力夫，李鎖云，等.國(guó)內(nèi)外非開(kāi)挖定向鉆機(jī)及其智能控制技術(shù)[J].吉林大學(xué)學(xué)報(bào)，2005，35（1）：4448.

[4]宋克志，安凱，袁大軍，等.TBM掘進(jìn)盤形滾刀最優(yōu)切深動(dòng)態(tài)模糊控制研究[J].應(yīng)用基礎(chǔ)與工程科學(xué)學(xué)報(bào)，2009，17（3）：412420.

[5]王士同.神經(jīng)模糊系統(tǒng)及其應(yīng)用[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1997.

[責(zé)任編輯：王玉玲]endprint

摘要：針對(duì)目前頂管掘進(jìn)機(jī)存在的智能化程度低、控制精度差等問(wèn)題，將模糊控制的思想引入到頂管機(jī)泥水平衡控制中，提出了最優(yōu)壓力比的動(dòng)態(tài)控制理念。工程應(yīng)用顯示，該方案能夠取得較好的施工效果，可帶來(lái)明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

關(guān)鍵詞：非開(kāi)挖技術(shù)；頂管掘進(jìn)機(jī)；模糊控制；優(yōu)化算法

中圖分類號(hào)：U415.5文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

0引言

非開(kāi)挖技術(shù)是利用巖土鉆掘的技術(shù)手段，在地表以最少的開(kāi)挖量或不需開(kāi)挖的條件下鋪設(shè)、更換或修復(fù)各種地下管線的一種施工新技術(shù)。頂管掘進(jìn)機(jī)（簡(jiǎn)稱頂管機(jī)）是非開(kāi)挖技術(shù)中鋪設(shè)新管線的施工機(jī)械。目前，在中國(guó)地下水豐富的南方地區(qū)主要采用泥水平衡型頂管機(jī)，該類頂管施工中的關(guān)鍵要素為泥水管理問(wèn)題。本文結(jié)合佛山市里水鎮(zhèn)和順片區(qū)首期截污工程Ⅰ標(biāo)段的工程實(shí)踐，將模糊控制思想引入泥水平衡控制中，提出新式的頂管機(jī)控制方案。

1泥水平衡型頂管機(jī)工作原理

泥水平衡型頂管機(jī)在施工過(guò)程中，用水力或機(jī)械切削泥土，再用水力輸送棄土，同時(shí)利用泥水壓力來(lái)平衡地下水壓力和土壓力。因此，泥水平衡式頂管施工關(guān)鍵要素是施工中的泥水管理問(wèn)題。傳統(tǒng)的頂管機(jī)泥水管理系統(tǒng)存在智能化程度較低、對(duì)施工人員依賴度高及可靠性較差等問(wèn)題。

許多研究與實(shí)踐表明，頂進(jìn)速度需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)土質(zhì)情況確定，一般在6～25 m·h-1之間，淤泥質(zhì)土強(qiáng)度小，土壓力小，頂進(jìn)速度較大；而砂質(zhì)土強(qiáng)度居中，土壓力一般，頂進(jìn)速度值稍慢；粘土強(qiáng)度大，土壓力大，頂進(jìn)速度最小。

為適應(yīng)頻繁變化的巖石類型和強(qiáng)度，需要不斷調(diào)整頂進(jìn)速度，保證其盡可能在最優(yōu)壓力比下工作。而在頂管機(jī)掘進(jìn)過(guò)程中，由于地層不斷變化，土壓力也呈動(dòng)態(tài)變化。因此，宜采用定性的、不精確的語(yǔ)言規(guī)則加以描述，如“若頂進(jìn)速度達(dá)不到最優(yōu)壓力比的要求，則應(yīng)適當(dāng)增加頂進(jìn)速度”等[2]?；诖耍岢瞿嗨胶忭敼茉O(shè)備最優(yōu)壓力比的理念，即實(shí)時(shí)調(diào)整頂進(jìn)速度，以適應(yīng)已確定的泥水壓力和變化的地質(zhì)條件，并運(yùn)用模糊數(shù)學(xué)理論建立最優(yōu)壓力比的動(dòng)態(tài)控制模糊數(shù)學(xué)模型，從而將頂管機(jī)的控制過(guò)程智能化，提高工作效率和工程質(zhì)量。

2最優(yōu)壓力比的動(dòng)態(tài)模糊控制方法

根據(jù)上述最優(yōu)壓力比的動(dòng)態(tài)控制原理及模糊控制理論，在頂進(jìn)過(guò)程中主要通過(guò)控制頂進(jìn)速度來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)最低掘進(jìn)比能的控制。設(shè)計(jì)輸入變量為頂進(jìn)速度S，經(jīng)模糊系統(tǒng)推理，輸出該頂進(jìn)速度下的壓力比值Pn/（Ps+Pt） ，然后計(jì)算實(shí)際Pn/（Ps+Pt） 與最優(yōu)Pn/（Ps+Pt）的差值的絕對(duì)值Pn/Δ（Ps+Pt） ，并判斷其是否小于容許值。若不滿足條件，根據(jù)[Pn/Δ（（Ps+Pt）]S模糊關(guān)系（由模糊推理決定）計(jì)算需調(diào)整的頂進(jìn)速度（ΔS），反饋調(diào)整頂進(jìn)速度，實(shí)現(xiàn)對(duì)頂管機(jī)的最優(yōu)控制。整個(gè)控制過(guò)程為單輸入、單輸出的控制。3模糊控制的應(yīng)用

建立模糊規(guī)則前，先根據(jù)施工地質(zhì)勘探報(bào)告和排出的巖碴判斷工程所處的地層類型，然后根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)的掘進(jìn)數(shù)據(jù)，對(duì)關(guān)鍵掘進(jìn)參數(shù)進(jìn)行分析計(jì)算，以確定頂進(jìn)速度控制范圍、切深控制范圍及切割比能分布[3]。其中，切割比能的分布是確定最優(yōu)壓力比的重要依據(jù)，最低切割比能對(duì)應(yīng)最優(yōu)壓力比，由推力作用比能SEf和頂進(jìn)速度作用比能SEs組成，按式（1）計(jì)算掘進(jìn)過(guò)程中的切割比能。SE=SEf+SEs=FNA+2FRASPn（1）式中：A為刀盤切割的面積；FN、FR 分別為刀具的法向作用力和切向作用力；Pn為刀盤每轉(zhuǎn)切深；S為刀盤轉(zhuǎn)速。根據(jù)不同地層條件下的頂進(jìn)速度和Pn/（Ps+Pt）的范圍，對(duì)其進(jìn)行模糊化[4]，產(chǎn)生若干模糊子集，建立輸入輸出各子集之間的模糊映射關(guān)系（即模糊規(guī)則）。頂管機(jī)在粘土、砂質(zhì)土和淤泥質(zhì)土地層條件下掘進(jìn)時(shí)，均將其頂進(jìn)速度和Pn/（Ps+Pt）劃分為7個(gè)模糊子集，由此建立的模糊推理規(guī)則分別見(jiàn)表1～3。

4.1工程概況

工程設(shè)計(jì)范圍為佛山市里水鎮(zhèn)和順片區(qū)首期截污工程Ⅰ標(biāo)段。污水干管采用頂管法施工，頂管管材用Ⅲ級(jí)鋼筋混凝土內(nèi)襯改性PVC管DN800，長(zhǎng)為1 2672 m。污水次干管主要采用明開(kāi)挖施工的方法，管材采用503 m長(zhǎng)的ERPP模壓排水管DN400～DN600，以及111 m長(zhǎng)的鋼帶增強(qiáng)內(nèi)螺紋波紋管。本區(qū)域根據(jù)規(guī)劃的要求，沿線分流制污水直接排入污水干管，通過(guò)轉(zhuǎn)輸，最終排往和順污水處理廠。

4.2水文地質(zhì)條件

施工場(chǎng)地內(nèi)鉆探揭露的地層有：人工填土、第四系沖積層、殘積層及石炭系基巖。本工程頂管施工在淤泥質(zhì)粉粘土和淤泥質(zhì)粉砂土層中進(jìn)行，該部分土質(zhì)較為松散，含水量較高，具有流塑性，在頂管施工過(guò)程中如果泥水平衡控制不好，容易造成地面塌陷或者地面隆起。在本工程中，投入兩套頂管設(shè)備進(jìn)行頂管施工。其中一套頂管設(shè)備采用傳統(tǒng)的控制方式，另外一套頂管設(shè)備進(jìn)行了控制系統(tǒng)的改造，引入模糊控制算法進(jìn)行泥水平衡控制。

4.3控制策略的確定

根據(jù)本工程的地質(zhì)報(bào)告，頂管頂進(jìn)斷面為淤泥質(zhì)粉粘土和淤泥質(zhì)粉砂土，故采用淤泥土質(zhì)模糊控制方案，頂進(jìn)過(guò)程中引入模糊控制算法的頂管設(shè)備自動(dòng)控制頂管速度為20～25 m·h-1。

4.4施工成果

經(jīng)過(guò)2個(gè)月的緊張施工，兩套設(shè)備共完成了1 2672 m的頂管施工，完成的工作情況如表4所示，改造后的設(shè)備施工偏差如圖2所示。

5結(jié)語(yǔ)

本文利用模糊控制思想，提出了新式的頂管掘進(jìn)機(jī)施工管理方案，并分析了新方案在實(shí)際工程中的使用情況，從而為解決目前設(shè)備智能化程度低、施工進(jìn)度慢等問(wèn)題提供了理論依據(jù)，并通過(guò)實(shí)踐證明新方案可以提高施工管理的工作效率和工程質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

[1]范民權(quán).淺談非開(kāi)挖管道工程設(shè)計(jì)和施工的關(guān)鍵技術(shù)[J].特種結(jié)構(gòu)，2011，28（4）：8385.

[2]趙振宇，徐用懋.模糊理論和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)與應(yīng)用[M].北京：清華大學(xué)出版社，1996.

[3]趙丁選，楊力夫，李鎖云，等.國(guó)內(nèi)外非開(kāi)挖定向鉆機(jī)及其智能控制技術(shù)[J].吉林大學(xué)學(xué)報(bào)，2005，35（1）：4448.

[4]宋克志，安凱，袁大軍，等.TBM掘進(jìn)盤形滾刀最優(yōu)切深動(dòng)態(tài)模糊控制研究[J].應(yīng)用基礎(chǔ)與工程科學(xué)學(xué)報(bào)，2009，17（3）：412420.

[5]王士同.神經(jīng)模糊系統(tǒng)及其應(yīng)用[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1997.

[責(zé)任編輯：王玉玲]endprint

摘要：針對(duì)目前頂管掘進(jìn)機(jī)存在的智能化程度低、控制精度差等問(wèn)題，將模糊控制的思想引入到頂管機(jī)泥水平衡控制中，提出了最優(yōu)壓力比的動(dòng)態(tài)控制理念。工程應(yīng)用顯示，該方案能夠取得較好的施工效果，可帶來(lái)明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

關(guān)鍵詞：非開(kāi)挖技術(shù)；頂管掘進(jìn)機(jī)；模糊控制；優(yōu)化算法

中圖分類號(hào)：U415.5文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

0引言

非開(kāi)挖技術(shù)是利用巖土鉆掘的技術(shù)手段，在地表以最少的開(kāi)挖量或不需開(kāi)挖的條件下鋪設(shè)、更換或修復(fù)各種地下管線的一種施工新技術(shù)。頂管掘進(jìn)機(jī)（簡(jiǎn)稱頂管機(jī)）是非開(kāi)挖技術(shù)中鋪設(shè)新管線的施工機(jī)械。目前，在中國(guó)地下水豐富的南方地區(qū)主要采用泥水平衡型頂管機(jī)，該類頂管施工中的關(guān)鍵要素為泥水管理問(wèn)題。本文結(jié)合佛山市里水鎮(zhèn)和順片區(qū)首期截污工程Ⅰ標(biāo)段的工程實(shí)踐，將模糊控制思想引入泥水平衡控制中，提出新式的頂管機(jī)控制方案。

1泥水平衡型頂管機(jī)工作原理

泥水平衡型頂管機(jī)在施工過(guò)程中，用水力或機(jī)械切削泥土，再用水力輸送棄土，同時(shí)利用泥水壓力來(lái)平衡地下水壓力和土壓力。因此，泥水平衡式頂管施工關(guān)鍵要素是施工中的泥水管理問(wèn)題。傳統(tǒng)的頂管機(jī)泥水管理系統(tǒng)存在智能化程度較低、對(duì)施工人員依賴度高及可靠性較差等問(wèn)題。

許多研究與實(shí)踐表明，頂進(jìn)速度需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)土質(zhì)情況確定，一般在6～25 m·h-1之間，淤泥質(zhì)土強(qiáng)度小，土壓力小，頂進(jìn)速度較大；而砂質(zhì)土強(qiáng)度居中，土壓力一般，頂進(jìn)速度值稍慢；粘土強(qiáng)度大，土壓力大，頂進(jìn)速度最小。

為適應(yīng)頻繁變化的巖石類型和強(qiáng)度，需要不斷調(diào)整頂進(jìn)速度，保證其盡可能在最優(yōu)壓力比下工作。而在頂管機(jī)掘進(jìn)過(guò)程中，由于地層不斷變化，土壓力也呈動(dòng)態(tài)變化。因此，宜采用定性的、不精確的語(yǔ)言規(guī)則加以描述，如“若頂進(jìn)速度達(dá)不到最優(yōu)壓力比的要求，則應(yīng)適當(dāng)增加頂進(jìn)速度”等[2]。基于此，提出泥水平衡頂管設(shè)備最優(yōu)壓力比的理念，即實(shí)時(shí)調(diào)整頂進(jìn)速度，以適應(yīng)已確定的泥水壓力和變化的地質(zhì)條件，并運(yùn)用模糊數(shù)學(xué)理論建立最優(yōu)壓力比的動(dòng)態(tài)控制模糊數(shù)學(xué)模型，從而將頂管機(jī)的控制過(guò)程智能化，提高工作效率和工程質(zhì)量。

2最優(yōu)壓力比的動(dòng)態(tài)模糊控制方法

根據(jù)上述最優(yōu)壓力比的動(dòng)態(tài)控制原理及模糊控制理論，在頂進(jìn)過(guò)程中主要通過(guò)控制頂進(jìn)速度來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)最低掘進(jìn)比能的控制。設(shè)計(jì)輸入變量為頂進(jìn)速度S，經(jīng)模糊系統(tǒng)推理，輸出該頂進(jìn)速度下的壓力比值Pn/（Ps+Pt） ，然后計(jì)算實(shí)際Pn/（Ps+Pt） 與最優(yōu)Pn/（Ps+Pt）的差值的絕對(duì)值Pn/Δ（Ps+Pt） ，并判斷其是否小于容許值。若不滿足條件，根據(jù)[Pn/Δ（（Ps+Pt）]S模糊關(guān)系（由模糊推理決定）計(jì)算需調(diào)整的頂進(jìn)速度（ΔS），反饋調(diào)整頂進(jìn)速度，實(shí)現(xiàn)對(duì)頂管機(jī)的最優(yōu)控制。整個(gè)控制過(guò)程為單輸入、單輸出的控制。3模糊控制的應(yīng)用

建立模糊規(guī)則前，先根據(jù)施工地質(zhì)勘探報(bào)告和排出的巖碴判斷工程所處的地層類型，然后根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)的掘進(jìn)數(shù)據(jù)，對(duì)關(guān)鍵掘進(jìn)參數(shù)進(jìn)行分析計(jì)算，以確定頂進(jìn)速度控制范圍、切深控制范圍及切割比能分布[3]。其中，切割比能的分布是確定最優(yōu)壓力比的重要依據(jù)，最低切割比能對(duì)應(yīng)最優(yōu)壓力比，由推力作用比能SEf和頂進(jìn)速度作用比能SEs組成，按式（1）計(jì)算掘進(jìn)過(guò)程中的切割比能。SE=SEf+SEs=FNA+2FRASPn（1）式中：A為刀盤切割的面積；FN、FR 分別為刀具的法向作用力和切向作用力；Pn為刀盤每轉(zhuǎn)切深；S為刀盤轉(zhuǎn)速。根據(jù)不同地層條件下的頂進(jìn)速度和Pn/（Ps+Pt）的范圍，對(duì)其進(jìn)行模糊化[4]，產(chǎn)生若干模糊子集，建立輸入輸出各子集之間的模糊映射關(guān)系（即模糊規(guī)則）。頂管機(jī)在粘土、砂質(zhì)土和淤泥質(zhì)土地層條件下掘進(jìn)時(shí)，均將其頂進(jìn)速度和Pn/（Ps+Pt）劃分為7個(gè)模糊子集，由此建立的模糊推理規(guī)則分別見(jiàn)表1～3。

4.1工程概況

工程設(shè)計(jì)范圍為佛山市里水鎮(zhèn)和順片區(qū)首期截污工程Ⅰ標(biāo)段。污水干管采用頂管法施工，頂管管材用Ⅲ級(jí)鋼筋混凝土內(nèi)襯改性PVC管DN800，長(zhǎng)為1 2672 m。污水次干管主要采用明開(kāi)挖施工的方法，管材采用503 m長(zhǎng)的ERPP模壓排水管DN400～DN600，以及111 m長(zhǎng)的鋼帶增強(qiáng)內(nèi)螺紋波紋管。本區(qū)域根據(jù)規(guī)劃的要求，沿線分流制污水直接排入污水干管，通過(guò)轉(zhuǎn)輸，最終排往和順污水處理廠。

4.2水文地質(zhì)條件

施工場(chǎng)地內(nèi)鉆探揭露的地層有：人工填土、第四系沖積層、殘積層及石炭系基巖。本工程頂管施工在淤泥質(zhì)粉粘土和淤泥質(zhì)粉砂土層中進(jìn)行，該部分土質(zhì)較為松散，含水量較高，具有流塑性，在頂管施工過(guò)程中如果泥水平衡控制不好，容易造成地面塌陷或者地面隆起。在本工程中，投入兩套頂管設(shè)備進(jìn)行頂管施工。其中一套頂管設(shè)備采用傳統(tǒng)的控制方式，另外一套頂管設(shè)備進(jìn)行了控制系統(tǒng)的改造，引入模糊控制算法進(jìn)行泥水平衡控制。

4.3控制策略的確定

根據(jù)本工程的地質(zhì)報(bào)告，頂管頂進(jìn)斷面為淤泥質(zhì)粉粘土和淤泥質(zhì)粉砂土，故采用淤泥土質(zhì)模糊控制方案，頂進(jìn)過(guò)程中引入模糊控制算法的頂管設(shè)備自動(dòng)控制頂管速度為20～25 m·h-1。

4.4施工成果

經(jīng)過(guò)2個(gè)月的緊張施工，兩套設(shè)備共完成了1 2672 m的頂管施工，完成的工作情況如表4所示，改造后的設(shè)備施工偏差如圖2所示。

5結(jié)語(yǔ)

本文利用模糊控制思想，提出了新式的頂管掘進(jìn)機(jī)施工管理方案，并分析了新方案在實(shí)際工程中的使用情況，從而為解決目前設(shè)備智能化程度低、施工進(jìn)度慢等問(wèn)題提供了理論依據(jù)，并通過(guò)實(shí)踐證明新方案可以提高施工管理的工作效率和工程質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

[1]范民權(quán).淺談非開(kāi)挖管道工程設(shè)計(jì)和施工的關(guān)鍵技術(shù)[J].特種結(jié)構(gòu)，2011，28（4）：8385.

[2]趙振宇，徐用懋.模糊理論和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)與應(yīng)用[M].北京：清華大學(xué)出版社，1996.

[3]趙丁選，楊力夫，李鎖云，等.國(guó)內(nèi)外非開(kāi)挖定向鉆機(jī)及其智能控制技術(shù)[J].吉林大學(xué)學(xué)報(bào)，2005，35（1）：4448.

[4]宋克志，安凱，袁大軍，等.TBM掘進(jìn)盤形滾刀最優(yōu)切深動(dòng)態(tài)模糊控制研究[J].應(yīng)用基礎(chǔ)與工程科學(xué)學(xué)報(bào)，2009，17（3）：412420.

[5]王士同.神經(jīng)模糊系統(tǒng)及其應(yīng)用[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1997.

[責(zé)任編輯：王玉玲]endprint