本發(fā)明涉及盾構(gòu)機(jī)注漿，更具體地說(shuō)，它涉及一種基于同步增稠系統(tǒng)優(yōu)化的注漿施工方法。

背景技術(shù)：

1、同步增稠系統(tǒng)是基于同步注雙液漿系統(tǒng)優(yōu)化而來(lái)，傳統(tǒng)同步注雙液漿的a液為水泥砂漿，b液主要成分為水玻璃，雙液同步注漿的優(yōu)點(diǎn)之一是a、b液混合后迅速反應(yīng)，凝固時(shí)間較短，從而最大程度地控制地表沉降的范圍，一方面常規(guī)b液非常容易造成堵管，另一方面盾構(gòu)同步增稠系統(tǒng)包括a液和b液兩種漿液，還存在a、b兩種溶液在盾尾混合不均勻的情況，從而達(dá)不到同步漿液理想增稠效果。

2、而優(yōu)化b液成分后的聚丙烯酰胺溶液，能有效控制堵管，但會(huì)有a、b液混合不均勻的問(wèn)題導(dǎo)致達(dá)不到同步漿液理想增稠效果的問(wèn)題，因此提供一種基于同步增稠系統(tǒng)優(yōu)化的注漿施工方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種基于同步增稠系統(tǒng)優(yōu)化的注漿施工方法，以解決上述背景技術(shù)中提出的a、b液混合不均勻?qū)е逻_(dá)不到同步漿液理想增稠效果的問(wèn)題。

2、本發(fā)明的上述技術(shù)目的是通過(guò)以下技術(shù)方案得以實(shí)現(xiàn)的：

3、本技術(shù)提供了一種基于同步增稠系統(tǒng)優(yōu)化的注漿施工方法，包括以下具體步驟：

4、s11，將a液在隧道外場(chǎng)地內(nèi)攪拌均勻后，存儲(chǔ)至盾構(gòu)機(jī)臺(tái)車(chē)上的砂漿存儲(chǔ)管；

5、s12，將混合器安裝在盾構(gòu)機(jī)的盾尾內(nèi)壁前端，a液注漿管路連接混合器的輸入端，當(dāng)a液進(jìn)入盾構(gòu)機(jī)的尾盾注漿管路后，b液注入混合器與a液進(jìn)行混合，其中：

6、混合器包括三通管接頭和單向閥，單向閥位于b液的注入管路中；

7、s13，在盾構(gòu)機(jī)向前推進(jìn)過(guò)程中，盾構(gòu)機(jī)的尾盾后端管片與巖土形成空隙時(shí)，通過(guò)與混合器連接的雙液漿注漿管路向形成的空隙中注入混合液；雙液漿注漿管路內(nèi)設(shè)置有用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)混合液的粘稠度的監(jiān)測(cè)單元；

8、s14、基于同步增稠系統(tǒng)中監(jiān)測(cè)單元實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)得到的粘稠度，通過(guò)pid控制器調(diào)節(jié)b液的注入流量。

9、本發(fā)明的有益效果是：在本方案中，在盾構(gòu)機(jī)的盾尾內(nèi)壁前端安裝混合器，且a液、b液的混合器結(jié)構(gòu)為一個(gè)三通管接頭加一個(gè)單向閥，并將單向閥安裝在b液管路，避免了a液流入b液導(dǎo)致堵管現(xiàn)象的發(fā)生，可以實(shí)現(xiàn)a、b液混合較為充分，還可以控制b液在管路中的流量，使其可以按照a液、b液預(yù)定混合比例進(jìn)行混合，達(dá)到理想增稠效果。

10、在本方案中，通過(guò)控制b液在管路中的流動(dòng)速度，實(shí)現(xiàn)a、b液混合較為充分，同時(shí)，防止混合液在管路中凝固；同時(shí)b液基于混合液粘稠度，通過(guò)pid的方式控制變頻器的輸出轉(zhuǎn)速，從而控制b液的螺桿泵的轉(zhuǎn)速以實(shí)現(xiàn)注入流量的控制。

11、在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可以做如下改進(jìn)。

12、進(jìn)一步，上述同步增稠系統(tǒng)至少包括監(jiān)測(cè)單元和pid控制器。

13、進(jìn)一步，上述a液采用水泥砂漿；

14、b液采用聚丙烯酰胺溶液，且聚丙烯酰胺溶液由聚丙烯酰胺和水以質(zhì)量比為5：1000的比例混合。

15、進(jìn)一步，上述在步驟s13中，監(jiān)測(cè)單元包括粘稠度檢測(cè)模塊和溫度監(jiān)測(cè)模塊，其中：

16、粘稠度檢測(cè)模塊基于旋轉(zhuǎn)式粘度計(jì)監(jiān)測(cè)混合液的粘稠度，具體為：

17、計(jì)算待監(jiān)測(cè)的混合液的剪切應(yīng)力：

18、τ＝t/(π*r*l*ω)；

19、式中，τ表示剪切應(yīng)力；r表示轉(zhuǎn)子半徑；l表示轉(zhuǎn)子長(zhǎng)度；ω表示轉(zhuǎn)速；t表示扭矩；

20、計(jì)算待監(jiān)測(cè)的混合液的剪切速率：

21、

22、式中，γ表示剪切速率，r表示轉(zhuǎn)子半徑；ω表示轉(zhuǎn)速；

23、利用剪切應(yīng)力和剪切速率計(jì)算待監(jiān)測(cè)的混合液的粘度：

24、

25、式中，η表示粘度，γ表示剪切速率，τ表示剪切應(yīng)力；

26、將溫度監(jiān)測(cè)模塊獲取的溫度參數(shù)引入并對(duì)粘度進(jìn)行補(bǔ)償，將經(jīng)過(guò)溫度參數(shù)補(bǔ)償后的粘度確定為混合液的粘稠度，具體為：

27、η′＝f(η，t)；

28、式中，η′表示混合液的粘稠度；f(*)表示根據(jù)溫度-粘度校正模型計(jì)算的校正函數(shù)，η表示粘度，t表示溫度參數(shù)。

29、采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是：為了減小因溫度變化引起的測(cè)量誤差，引入溫度監(jiān)測(cè)模塊監(jiān)測(cè)溫度參數(shù)對(duì)粘度進(jìn)行補(bǔ)償。

30、進(jìn)一步，上述溫度-粘度校正模型通過(guò)以下方式建立：

31、s21，獲取多組不同溫度下的混合液樣本，利用旋轉(zhuǎn)式粘度計(jì)在不同溫度下測(cè)量混合液樣本的粘度，得到各個(gè)溫度下的粘度值；

32、s22，利用最小二乘法對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，確定溫度-粘度校正模型的模型參數(shù)，并得到溫度-粘度校正模型，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)包括各個(gè)溫度下的粘度值，其中，最小二乘法具體為：

33、

34、式中，η表示粘度值；a和b均表示擬合得到的常數(shù)；t表示通過(guò)監(jiān)測(cè)得到的粘度值對(duì)應(yīng)的絕對(duì)溫度。

35、進(jìn)一步，上述方法還包括：

36、s23，將擬合得到模型參數(shù)的溫度-粘度校正模型嵌入監(jiān)測(cè)單元中，并將實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)得到的溫度參數(shù)輸入至溫度-粘度校正模型中進(jìn)行處理，得到各個(gè)溫度參數(shù)對(duì)應(yīng)的粘稠度；

37、s24，將溫度-粘度校正模型的輸入數(shù)據(jù)和對(duì)應(yīng)的輸出數(shù)據(jù)同步到pid控制器中，基于溫度參數(shù)以及對(duì)應(yīng)的粘稠度，調(diào)整b液的注入流量。

38、進(jìn)一步，上述步驟s24中，通過(guò)pid控制器調(diào)節(jié)b液的注入流量的具體步驟為：

39、s241，確定目標(biāo)粘稠度vn；

40、s242，獲取監(jiān)測(cè)單元實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)混合液的即時(shí)粘稠度vm(t)和即時(shí)溫度t(t)；

41、s243，計(jì)算即時(shí)粘稠度與目標(biāo)粘稠度的差值；

42、s244，根據(jù)即時(shí)粘稠度與目標(biāo)粘稠度的差值計(jì)算pid控制器的控制信號(hào)；

43、s245，利用基于控制信號(hào)的pid控制器調(diào)整b液的注入速率。

44、進(jìn)一步，上述步驟s243中，即時(shí)粘稠度與目標(biāo)粘稠度的差值具體為：

45、e(t)＝vn-vm(t)；

46、式中，e(t)表示即時(shí)粘稠度與目標(biāo)粘稠度的差值，vn表示目標(biāo)粘稠度，vm(t)表示即時(shí)粘稠度。

47、進(jìn)一步，上述步驟s244中，控制信號(hào)通過(guò)以下方式獲?。?/p>

48、利用即時(shí)粘稠度與目標(biāo)粘稠度的差值計(jì)算pid控制器的比例項(xiàng)p(t)：p(t)＝kp·e(t)；

49、利用即時(shí)粘稠度與目標(biāo)粘稠度的差值計(jì)算pid控制器的積分項(xiàng)i(t)：i(t)＝ki∫e(t)dt；

50、利用即時(shí)粘稠度與目標(biāo)粘稠度的差值計(jì)算pid控制器的微分項(xiàng)d(t)：

51、上式中，kp表示比例系數(shù)；ki表示積分系數(shù)；kd表示微分系數(shù)；e(t)表示即時(shí)粘稠度與目標(biāo)粘稠度的差值；

52、pid控制器的控制信號(hào)為：u(t)＝p(t)+i(t)+d(t)；

53、式中，u(t)表示pid的總控制信號(hào)。

54、進(jìn)一步，上述步驟s245中，pid控制器輸出的控制信號(hào)u(t)通過(guò)轉(zhuǎn)換函數(shù)轉(zhuǎn)換為b液的注入流量，轉(zhuǎn)換函數(shù)具體為：

55、fb_liquid(t)＝fbase+u(t)·s；

56、式中，fbase表示b液的基礎(chǔ)流量；s表示比例因子，u(t)表示控制信號(hào)，fb_liquid(t)表示b液的注入流量。

57、采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是：pid控制器輸出的控制信號(hào)u(t)通過(guò)轉(zhuǎn)換函數(shù)fb_liquid(t)轉(zhuǎn)換為實(shí)際的b液的注入流量，確?？刂菩盘?hào)能夠直接用于控制螺桿泵或其他注入裝置的運(yùn)行，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)b液注入流量的精準(zhǔn)控制，同時(shí)確保在各種誤差情況下，b液的注入流量能夠得到相應(yīng)的調(diào)整，以維持混合液的目標(biāo)粘稠度。

58、進(jìn)一步，上述方法還包括：

59、將自適應(yīng)調(diào)整機(jī)制引入轉(zhuǎn)換函數(shù)中，其中，根據(jù)實(shí)時(shí)差值或系統(tǒng)狀態(tài)動(dòng)態(tài)調(diào)整比例因子s的值，自適應(yīng)調(diào)整機(jī)制具體為：

60、

61、式中，smin表示比例因子s的最小值；α表示與平均差值相關(guān)的調(diào)整系數(shù)；β表示與系統(tǒng)響應(yīng)指標(biāo)rresponse(t)相關(guān)的調(diào)整系數(shù)；rresponse(t)表示系統(tǒng)響應(yīng)指標(biāo)，s(t)表示t時(shí)刻的比例因子，etarget表示目標(biāo)誤差值。

62、采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是：為避免頻繁的小調(diào)整引起的系統(tǒng)抖動(dòng)，引入比例因子s的最小值smin進(jìn)行死區(qū)限制，將smin作為一個(gè)下限來(lái)確保系統(tǒng)在任何情況下都不會(huì)將b液的注入流量調(diào)節(jié)到過(guò)低甚至為零的水平，從而保證了系統(tǒng)的基本運(yùn)行和防止因控制信號(hào)過(guò)度減弱而導(dǎo)致的不必要停頓或混合液配比失衡。

63、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明至少具有以下的有益效果：

64、在本技術(shù)中，在盾構(gòu)機(jī)的盾尾內(nèi)壁前端安裝混合器，且a液、b液的混合器結(jié)構(gòu)為一個(gè)三通管接頭加一個(gè)單向閥，并將單向閥安裝在b液管路，避免了a液流入b液導(dǎo)致堵管現(xiàn)象的發(fā)生，可以實(shí)現(xiàn)a、b液混合較為充分，還可以控制b液在管路中的流量，使其可以按照a液、b液預(yù)定混合比例進(jìn)行混合，達(dá)到理想增稠效果。

65、在本技術(shù)中，通過(guò)控制b液在管路中的流動(dòng)速度，實(shí)現(xiàn)a、b液混合較為充分，同時(shí)，防止混合液在管路中凝固；同時(shí)b液基于混合液粘稠度，通過(guò)pid的方式控制變頻器的輸出轉(zhuǎn)速，從而控制b液的螺桿泵的轉(zhuǎn)速以實(shí)現(xiàn)注入流量的控制。

66、在本技術(shù)中，為了減小因溫度變化引起的測(cè)量誤差，引入溫度監(jiān)測(cè)模塊監(jiān)測(cè)溫度參數(shù)對(duì)粘度進(jìn)行補(bǔ)償；其中，pid控制器輸出的控制信號(hào)u(t)通過(guò)轉(zhuǎn)換函數(shù)fb_liquid(t)轉(zhuǎn)換為實(shí)際的b液的注入流量，確?？刂菩盘?hào)能夠直接用于控制螺桿泵或其他注入裝置的運(yùn)行，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)b液注入流量的精準(zhǔn)控制，同時(shí)確保在各種誤差情況下，b液的注入流量能夠得到相應(yīng)的調(diào)整，以維持混合液的目標(biāo)粘稠度；同時(shí)為避免頻繁的小調(diào)整引起的系統(tǒng)抖動(dòng)，引入比例因子s的最小值smin進(jìn)行死區(qū)限制，將smin作為一個(gè)下限來(lái)確保系統(tǒng)在任何情況下都不會(huì)將b液的注入流量調(diào)節(jié)到過(guò)低甚至為零的水平，從而保證了系統(tǒng)的基本運(yùn)行和防止因控制信號(hào)過(guò)度減弱而導(dǎo)致的不必要停頓或混合液配比失衡。