长江隧道挖掘过程的模拟样机建模与仿真

1、长江隧道挖掘过程的模拟样机建模与仿真长江隧道挖据是采用盾构机进行隧道挖据的，下面我将介绍盾构机的基本原理：1、盾构机的工作原理如图1所示，盾构机在除道施工中，盾构机在即将掘进的除道一端建立竖井，用来安装 定位盾构机，使盾构机在竖井的侧壁开口向另一个工作口推进时，能够按照设计路线完成推 进。在开挖时，土体被安装在刀盘上的刀具切削下来，被挤压在土仓内，与土仓内的泥浆混 合。然后土体被螺旋传送机传送到皮带上被传送到安装盾构机末端的渣车。在掘进过程中， 地层阻力作用在盾构机的盾体，通过液压缸反馈到衬砌机构，衬砌机构安装在盾构机的尾部。 盾构机的推进虹挖掘出一环距离后，管片在挖掘出的空间内开始完成一段拼

2、装工作。与此同 时，为了防止地面沉降，浆液被注入地层介质与外周衬砌环的缝隙中，而切削的土体同时被 渣车传送出去。图12、系统功能结构仿真系统的功能包括以下四个部分，其总体功能结构如图2所示。具体功能描述如下；基本数据模块提供相关的初始数据，包括隧道基本参数依据隧道盾构结构状况建立的 CAD模型，为搭建仿真场景提供模型基础；结合探测点数据，给出掘进全线区域采样点的土 质类型数据等。仿真模拟模块主要搭建仿真平台和创建仿真场景。创建三维仿真场景，合理组织各个场 景结构的层次；搭建仿真平台，组织好仿真模型和场景中的数据交换；建立仿真数学模型； 整理盾构掘进相关参数，建立它们和环境变化的数学关系模型，实

3、现隧道内自由漫游仿真及 同步掘进仿真，并依据建立的数学模型实现掘进过程的土层土质类型的可视化仿真。统计分析模块计算和评估地表沉降和曲率参数。通过仿真数学模型计算出地表沉降变化 值和曲率变化量，并实现和上位组态控制系统的双向反馈以评估和控制实际施工过程。远程通信模块的功能是从模拟实际操作台的组态控制软件发出命令，经由以太网处理传 输到仿真系统。仿真系统接收到从组态控制系统发来的控制命令，作出相应的动作，并把系 统仿真的结果反馈给组态控制软件以控制实际施工。堡本数据-X堡本数据-X采样土质顷据S2盾构掘进仿袁系统功能结构3、仿真系统应用效果本系统研究以上海虹桥综合交通枢纽仙霞西路新建工程为应用背景

4、，实验相关数据由上 海岩土工程勘察设计研究院提供。系统开发的硬件平台：Pentium IV2. 4GHz CPU，DDR1G内 存；软件环境:Windows XP，Open Inventor 6. 0 以上，Visual Studio2005 及 Solidworks2007, 系统仿真实现了隧道场景的三维重建及隧道内自由漫游；通过上位组态控制软件的同步控 制实现了盾构掘进过程的动态仿真及周围土质数据的实时模拟；实现盾构掘进过程中地表 沉降状况的实时曲线显示；并向上位组态控制软件反馈土质状况的改变并动态仿真变化了 的盾构机掘进状态。该系统模拟了盾构掘进全过程的动态仿真及周围土质变化状况，同时根 据计算结果为组态控制软件提供模型支持，反馈环境变化，及时调整掘进参数，为隧道盾构 掘进过程的风险控制提供决策手段。经试运行验证，满足了该工程项目的隧道掘进现场施工 要求，