本發(fā)明涉及盾構(gòu)掘進，特別是涉及一種盾構(gòu)掘進施工方法及其系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
1、盾構(gòu)掘進主要采用盾構(gòu)機掘進施工的一種施工方法，而盾構(gòu)機是一種使用盾構(gòu)法的隧道掘進機。盾構(gòu)的施工法是掘進機在掘進的同時構(gòu)建（鋪設(shè)）隧道之“盾”（指支撐性管片），它區(qū)別于敞開式施工法。
2、現(xiàn)有的盾構(gòu)掘進方法一般步驟如下：先通過盾構(gòu)機進行掘進施工，然后安排渣土車將盾構(gòu)機掘進產(chǎn)生的渣土運出，利用渣土車的循環(huán)進洞和出洞，從而與盾構(gòu)機的掘進進行配合，當(dāng)運渣結(jié)束后，盾構(gòu)機停機，對掘進區(qū)域進行管片拼裝以及注入砂漿，從而進行加固，隨后盾構(gòu)機再次掘進，與渣土車配合運渣掘進，直到完成盾構(gòu)掘進的施工。
3、目前在盾構(gòu)掘進的過程中，渣土車的調(diào)度一般是通過現(xiàn)場指揮人員指揮以及通過對講機進行調(diào)度，需要指揮人員不斷的與渣土車司機進行交互，了解運輸情況，首先不能夠根據(jù)盾構(gòu)掘進的出渣量合理配置渣土車，對于指揮人員合理調(diào)度渣土車要求能力較強，無法準(zhǔn)確獲知渣土車工作狀態(tài)，不能及時發(fā)生問題，而且需要不斷的分析以及處理，增加了工作負(fù)荷，也可能引起調(diào)度混亂的問題，比如有空載的渣土車就進洞，可能會發(fā)生兩輛渣土車在洞內(nèi)相對而行，由于洞內(nèi)情況復(fù)雜，也增加了施工的危險性，為此我們提出一種盾構(gòu)掘進施工方法及其系統(tǒng)。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本發(fā)明的目的在于提供一種盾構(gòu)掘進施工方法及其系統(tǒng)，以解決上述背景技術(shù)中提出的問題。
2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種盾構(gòu)掘進施工方法，包括如下具體步驟：
3、步驟1、實時采集盾構(gòu)機的各項工作參數(shù)，并將各項工作參數(shù)傳輸至控制中心，經(jīng)由計算得出盾構(gòu)掘進的出渣量；
4、步驟2、根據(jù)盾構(gòu)掘進的出渣量，預(yù)測未來盾構(gòu)掘進的總出渣量，基于匹配策略配置渣土車編組并下發(fā)調(diào)度指令；
5、步驟3、在盾構(gòu)掘進過程中，基于調(diào)度策略來對現(xiàn)場的渣土車進行調(diào)度，控制渣土車的進洞和出洞，使得掘進與出渣同步掘進，直至本環(huán)掘進完成，基于掘進速度調(diào)配同步砂漿罐注漿壓力與注漿流量，使得實時注漿量與壁后掘進產(chǎn)生的空隙相匹配；
6、步驟4、盾構(gòu)機完成掘進后，對洞內(nèi)進行清理漏渣，同時清理盾構(gòu)機尾部，拼裝人員對已經(jīng)掘進后的洞內(nèi)區(qū)域進行管片拼裝，并且同時砂漿車對盾構(gòu)機的的砂漿罐注入砂漿，等到注漿完成后，砂漿車出洞；
7、步驟5、再次開始從步驟2到步驟4開始進入下一環(huán)盾構(gòu)掘進施工循環(huán)。
8、優(yōu)選的，所述步驟3具體內(nèi)容包括：
9、步驟3.1、初始時，在第一輛渣土車沿著洞內(nèi)的進洞線進入后，隨后間隔一段時間，安排兩輛渣土車沿著洞內(nèi)的進洞線進入；
10、步驟3.2、基于調(diào)度策略的調(diào)度，等到第一輛渣土車完成裝載并沿著洞內(nèi)的出洞線出去，處于洞口等待的第三輛渣土車才能沿著洞內(nèi)的進洞線進入，而第一輛渣土車進行卸渣，隨后回到洞口進行等待。
11、優(yōu)選的，所述調(diào)度策略具體內(nèi)容為：
12、為每個渣土車設(shè)定唯一的編號，并且設(shè)定每個渣土有四種不同的工作狀態(tài)，四種不同的工作狀態(tài)分別為裝載狀態(tài)、運輸狀態(tài)、卸渣狀態(tài)和返回狀態(tài)，并且設(shè)定洞口為等待基準(zhǔn)點，剛開始時，由于只有一輛渣土車進入洞內(nèi)，處于等待基準(zhǔn)點處的渣土車則會沿著洞內(nèi)的進洞線路進洞，直到達(dá)到指定位置進行等待，此時洞內(nèi)有兩輛渣土車，需要等待處于裝載狀態(tài)的渣土車切換成運輸狀態(tài)，直到位于洞內(nèi)且處于運輸狀態(tài)的渣土車沿著洞內(nèi)的出洞線完全出洞后，處于等待基準(zhǔn)點處的渣土車才會沿著洞內(nèi)的進洞線進洞，直到達(dá)到指定位置進行等待，當(dāng)處于運輸狀態(tài)的渣土車運輸?shù)街付ㄐ对恢煤螅藭r處于運輸狀態(tài)的渣土車切換為卸渣狀態(tài)，隨后渣土車進行卸渣，卸渣完成后的渣土車離開卸渣位置后，此時的卸渣狀態(tài)則切換為返回狀態(tài)。
13、優(yōu)選的，所述調(diào)度策略還包括：
14、處于返回狀態(tài)的渣土車離開卸渣位置后，在卸渣位置與等待基準(zhǔn)點之間的前半段，以第一個離開卸渣位置的渣土優(yōu)先安排等待基準(zhǔn)點位置，在卸渣位置與等待基準(zhǔn)點之間的后半段，每隔t段時間，更新渣土車的位置，以最靠近等待基準(zhǔn)點的渣土優(yōu)先安排等待基準(zhǔn)點位置。
15、優(yōu)選的，所述匹配策略具體內(nèi)容為：
16、對盾構(gòu)機的各項工作參數(shù)進行分析處理，并且代入盾構(gòu)機單位時間內(nèi)出渣量計算公式中，得出盾構(gòu)的實時出渣量；
17、根據(jù)盾構(gòu)的實時出渣量，預(yù)測一段時間t內(nèi)，盾構(gòu)機的總出渣量，隨后將總出渣量和單輛渣土車的運輸容量代入本環(huán)次總共運輸次數(shù)計算公式中，得出所需總共運輸次數(shù)；
18、再將總共運輸次數(shù)、本環(huán)次掘進時間和渣土車單次循環(huán)運輸完成時間代入所需渣土車數(shù)量計算公式中，得出所需渣土車數(shù)量。
19、優(yōu)選的，所述盾構(gòu)機單位時間內(nèi)出渣量計算公式為：
20、q=a*v*k；
21、其中a為盾構(gòu)機開挖斷面積，v為盾構(gòu)掘進速度，k為土體松軟系數(shù)；
22、所述本環(huán)次總共運輸次數(shù)計算公式為：
23、m=qt/c；
24、其中qt為預(yù)測時間段內(nèi)的總出渣量，c為單輛渣土車的運輸容量；
25、所需渣土車數(shù)量計算公式為：
26、n=m*t循環(huán)/t掘進*α；
27、其中m為總共運輸次數(shù)，t循環(huán)為渣土車單次循環(huán)運輸完成時間，t掘進為本環(huán)次掘進時間，α為沉余系數(shù)，且α的取值范圍為1.2~1.5。
28、優(yōu)選的，每個所述渣土車皆安裝有定位器，通過定位器采集并傳輸對應(yīng)渣土車的位置數(shù)據(jù)，從而得出每個渣土車與洞口等待基準(zhǔn)點的距離，同時確定渣土車的位置，并且在渣土車及其卸渣位置皆安裝監(jiān)控裝置，通過監(jiān)控裝置采集渣土車的狀態(tài)，以此確定渣土車處于何種工作狀態(tài)。
29、優(yōu)選的，所述步驟4具體內(nèi)容為：
30、步驟4.1、當(dāng)盾構(gòu)機停止掘進，最后一輛渣土車沿著洞內(nèi)的進洞線進入，隨后調(diào)度裝載有管片的平板車以及砂漿車沿著洞內(nèi)的進洞線進洞，直到到達(dá)指定位置進行等待；
31、步驟4.2、當(dāng)最后一輛渣土車沿著洞內(nèi)出洞線出去時，此時拼裝人員對洞內(nèi)進行管片拼裝施工，同時砂漿車對盾構(gòu)機配套的砂漿罐注入砂漿；
32、步驟4.3、在管片拼裝的過程中，砂漿車同步對砂漿罐注入砂漿，直到完成掘進區(qū)域的施工，等到等到注漿完成后，砂漿車出洞。
33、優(yōu)選的，所述步驟1具體內(nèi)容為：
34、實時采集盾構(gòu)機的刀盤轉(zhuǎn)速、盾構(gòu)掘進速度、掘進油缸壓力、螺旋輸送機轉(zhuǎn)速、螺旋輸送機扭矩、渣土含水量和渣土密度。
35、一種盾構(gòu)掘進施工系統(tǒng)，其實施如前所述一種盾構(gòu)掘進施工方法，所述系統(tǒng)包括：
36、數(shù)據(jù)采集模塊，所述數(shù)據(jù)采集模塊用于采集盾構(gòu)機的各項工作參數(shù)，渣土車的位置數(shù)據(jù)和渣土車的工作狀態(tài)數(shù)據(jù)；
37、中央處理模塊，所述中央處理模塊用于處理并分析數(shù)據(jù)采集模塊采集的數(shù)據(jù)，并且發(fā)出控制指令；
38、排序模塊，所述排序模塊基于中央處理模塊發(fā)出的控制指令為渣土車進行排序進洞；
39、存儲模塊，所述存儲模塊用于存儲數(shù)據(jù)采集模塊采集的數(shù)據(jù)和中央處理模塊發(fā)出的控制指令。
40、本發(fā)明的技術(shù)效果和優(yōu)點：
41、1、本發(fā)明通過結(jié)合盾構(gòu)掘進的各項工作參數(shù)，從而確定單位時間內(nèi)盾構(gòu)掘進的出渣量，首先對比傳統(tǒng)單一只依靠掘進速度確定出渣量更加準(zhǔn)確，也有利于準(zhǔn)確預(yù)測未來某段時間內(nèi)總出渣量，從而提高對所需渣土車數(shù)量的準(zhǔn)確性，避免發(fā)生渣土車運渣能力與盾構(gòu)掘進出渣量嚴(yán)重不符的現(xiàn)象，減少對盾構(gòu)掘進施工的影響，該設(shè)計不僅基于盾構(gòu)掘進工作參數(shù)的實時反饋，使得最終制定所需渣土車數(shù)量較為準(zhǔn)確，避免發(fā)生渣土車運輸能力與盾構(gòu)掘進能力不相符的情況，比如出現(xiàn)渣土車數(shù)量過多，導(dǎo)致大量渣土車在洞口等候，導(dǎo)致資源浪費，或者出現(xiàn)渣土車數(shù)量較少，無法及時運渣，導(dǎo)致洞內(nèi)渣土大量堆積，影響后續(xù)施工；
42、2、本發(fā)明通過設(shè)置調(diào)度策略，首先保證渣土車能夠在洞內(nèi)循環(huán)接力運渣，使得運渣能力與盾構(gòu)掘進效率相匹配，同時也能夠降低洞內(nèi)渣土車的密度，從而降低洞內(nèi)交通組織的難度，同時也能夠避免渣土車在洞內(nèi)會車，大大降低了運輸風(fēng)險，同時結(jié)合渣土車的工作狀態(tài)變化，從而確定渣土車具體工作狀態(tài)，從而便于及時發(fā)生問題進行解決，提升了調(diào)度效率，而且基于返回路段的不同調(diào)度指令，前半段能夠預(yù)先安排渣土車，降低對于系統(tǒng)算力的負(fù)荷，而后半段則是進行動態(tài)調(diào)節(jié)，從而優(yōu)先保證運渣工作的正常進行。