一种盾构切削型钢地连墙用螺旋输送机分级脱困控制方法与流程

本发明涉及隧道盾构施工，特别是一种盾构切削型钢地连墙用螺旋输送机分级脱困控制方法。

背景技术：

1、随着城市轨道交通线网加密，新建隧道下穿既有运营车站的工况日益增多。盾构直接切削既有车站钢筋混凝土地连墙已成为替代传统矿山法清障的先进工法，其具有工序简化、工期缩短的综合优势。在此类工程中，螺旋输送机承担着将切削产生的渣土从土仓输送至后配套的核心功能，其持续稳定运行是盾构顺利穿越地连墙的基本前提。

2、当切削对象为内含h型钢接头的地连墙时，型钢经刀盘切削后形成的碎块在形状、尺寸和刚度方面均显著区别于常规钢筋条或混凝土碎块。型钢碎块呈不规则片状或条状，且不易被螺旋叶片再次破碎，在螺旋输送机筒体内输送过程中，其运动姿态具有随机性。这种随机性导致型钢碎块可能在任何时刻、任何位置与螺旋叶片或筒壁发生非预期的干涉。一旦型钢碎块在螺旋叶片与筒壁之间的狭窄间隙处形成楔入或桥架，螺旋轴的旋转阻力将急剧增大，输送功能随之丧失。

3、针对螺旋输送机在排渣过程中的卡滞问题，本领域已发展出正反转操作、轴向伸缩操作、检查口人工清理等多种处置手段。然而，上述手段仅作为卡滞发生后的独立处置措施被分别使用，彼此之间未形成基于卡滞严重程度的递进式逻辑关联。在常规的无型钢碎块工况下，卡滞多为偶发且程度较轻，操作人员采用单一处置措施即可恢复运转。但当型钢碎块成为卡滞介质时，由于型钢碎块的几何不规则性和高刚度，其与螺旋叶片之间的锁紧效应更为顽固，单一处置措施的有效性显著下降。此时，操作人员面临两难选择：若持续以额定扭矩反复尝试脱困，可能使型钢碎块被压嵌至更深的锁紧位置，恶化卡滞状态；若过早放弃机械脱困转而进行人工清障，则频繁开窗作业将大幅降低施工效率并增加作业风险。因此，如何在型钢碎块引发的卡滞工况下，建立一种兼顾脱困效能与设备保护的系统化处置逻辑，已成为制约盾构直接切削型钢地连墙工程可行性的关键技术瓶颈。

技术实现思路

1、鉴于上述问题，提出了以便提供克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种盾构切削型钢地连墙用螺旋输送机分级脱困控制方法，具体而言：

2、一种盾构切削型钢地连墙用螺旋输送机分级脱困控制方法，螺旋输送机由液压马达驱动，并配置有驱动螺旋轴沿轴向伸缩的伸缩油缸，方法包括：

3、在盾构刀盘切削地连墙体的磨墙阶段，将液压马达的输出扭矩上限限制在其额定扭矩的预设百分比，以预留由额定扭矩的剩余百分比构成的储备扭矩；

4、当监测到螺旋输送机发生卡滞时，执行第一脱困操作，在不调用储备扭矩的条件下，控制液压马达交替输出正向扭矩与反向扭矩，并同步控制伸缩油缸驱动螺旋轴沿轴向伸缩；

5、若执行第一脱困操作后卡滞未解除，执行第二脱困操作，将液压马达的输出扭矩上限从预设百分比释放至额定扭矩，以调用全部储备扭矩，并在调用储备扭矩的条件下，再次执行交替输出正向扭矩与反向扭矩以及螺旋轴沿轴向伸缩的操作。

6、可选的，预设百分比根据螺旋输送机在磨墙阶段出现卡滞前的稳态运行扭矩均值与液压马达额定扭矩的比值确定，以使预设百分比与稳态运行扭矩均值之间的差值构成磨墙阶段的常态可用扭矩窗口，储备扭矩叠加于常态可用扭矩窗口之上。

7、可选的，第一脱困操作中，控制液压马达交替输出正向扭矩与反向扭矩具体为：在一个交替周期内，先控制液压马达输出正向扭矩以驱动螺旋轴正向旋转第一圈数，到达第一圈数后立即切换扭矩方向，控制液压马达输出反向扭矩以驱动螺旋轴反向旋转第二圈数，第一圈数与第二圈数相等，交替周期至少重复执行一次。

8、可选的，第一圈数的取值范围为3至5圈，第二圈数的取值范围为3至5圈。

9、可选的，第一脱困操作中，控制伸缩油缸驱动螺旋轴沿轴向伸缩具体为：控制伸缩油缸带动螺旋轴从其初始轴向位置向第一方向移动预设距离，到达预设距离后立即反向移动预设距离，到达预设距离后再次反向移动预设距离，以形成围绕初始轴向位置的往复运动；其中，往复运动中螺旋轴的移动速度不超过预设速度阈值。

10、可选的，预设速度阈值为10mm/s。

11、可选的，执行第一脱困操作和第二脱困操作期间，盾构机保持暂停推进状态，以将盾构推进力从螺旋输送机的受力体系中排除；仅当监测到螺旋轴的扭矩与转速均恢复至磨墙阶段的稳态运行区间，且持续时间超过预设稳定时长时，判定卡滞已解除，盾构机恢复推进。

12、可选的，监测到螺旋输送机发生卡滞的判断条件为：液压马达的实时扭矩值在连续第一预设时长内的增量超过预设扭矩增幅阈值，且螺旋轴的实时转速在连续第二预设时长内持续低于预设转速下限阈值，且实时扭矩值的增量为非脉冲式增量，以排除渣土块瞬时通过螺旋叶片时产生的扭矩脉冲干扰。

13、可选的，若执行第二脱困操作后卡滞仍未解除，执行第三脱困操作；第三脱困操作包括：停止螺旋轴的旋转与伸缩，向螺旋输送机筒体底部的预设注入口注入液态聚氨酯，注入量以液态聚氨酯在螺旋输送机出渣口闸门与筒体底部之间的空间内形成厚度不小于预设封堵厚度的封堵体为准；在液态聚氨酯固化过程中，保持螺旋输送机内部压力稳定；固化完成后，开启位于封堵体下游侧的检查口进行人工清障。

14、可选的，若执行第三脱困操作后卡滞仍未解除，或根据土仓压力传感器监测数据判定土仓压力在螺旋轴停止旋转期间持续下降且下降速率超过预设速率阈值时，判定卡滞发生位置为土仓与螺旋输送机接口部位，执行第四脱困操作；第四脱困操作包括：在常压开仓条件下，通过伸缩油缸带动土仓侧的螺旋轴段收缩至筒体内，使土仓与筒体接口处形成无螺旋轴段占据的开放空间，由人员通过开放空间进入土仓进行人工清障。

15、本发明通过在磨墙阶段将液压马达的输出扭矩上限限制在额定扭矩的预设百分比并预留储备扭矩，使得卡滞发生后的脱困操作形成了“不调用储备扭矩进行脱困”与“调用全部储备扭矩进行脱困”的递进层级。在第一脱困操作中，由于仅以低于额定值的扭矩输出进行正反转与轴向伸缩的复合脱困动作，型钢碎块所受到的机械挤压力被控制在较低水平，避免了传统方法中以额定扭矩强行脱困时型钢碎块被进一步压嵌至叶片间隙深处的风险；当第一脱困操作未奏效时，储备扭矩的释放使得第二脱困操作能够在全扭矩条件下对卡滞物施加更强的松脱力，且此时卡滞物尚未经历过载挤压，其与叶片之间的锁紧状态仍具备可逆性，从而提高了第二脱困操作的成功概率。该方法将扭矩输出的分级控制与脱困操作的递进逻辑相融合，使得型钢碎块卡滞这一特定工况下的处置过程具有了从温和松脱到强力脱困的明确层次，兼顾了脱困效能与螺旋输送机结构保护的双重目标。

1.一种盾构切削型钢地连墙用螺旋输送机分级脱困控制方法，所述螺旋输送机由液压马达驱动，并配置有驱动螺旋轴沿轴向伸缩的伸缩油缸，其特征在于，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设百分比根据所述螺旋输送机在磨墙阶段出现卡滞前的稳态运行扭矩均值与所述液压马达额定扭矩的比值确定，以使所述预设百分比与所述稳态运行扭矩均值之间的差值构成磨墙阶段的常态可用扭矩窗口，所述储备扭矩叠加于所述常态可用扭矩窗口之上。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一脱困操作中，控制所述液压马达交替输出正向扭矩与反向扭矩具体为：在一个交替周期内，先控制所述液压马达输出正向扭矩以驱动螺旋轴正向旋转第一圈数，到达所述第一圈数后立即切换扭矩方向，控制所述液压马达输出反向扭矩以驱动螺旋轴反向旋转第二圈数，所述第一圈数与所述第二圈数相等，所述交替周期至少重复执行一次。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第一圈数的取值范围为3至5圈，所述第二圈数的取值范围为3至5圈。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述第一脱困操作中，控制所述伸缩油缸驱动螺旋轴沿轴向伸缩具体为：控制所述伸缩油缸带动螺旋轴从其初始轴向位置向第一方向移动预设距离，到达所述预设距离后立即反向移动所述预设距离，到达所述预设距离后再次反向移动所述预设距离，以形成围绕所述初始轴向位置的往复运动；其中，所述往复运动中螺旋轴的移动速度不超过预设速度阈值。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述预设速度阈值为10mm/s。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，执行所述第一脱困操作和所述第二脱困操作期间，盾构机保持暂停推进状态，以将盾构推进力从螺旋输送机的受力体系中排除；仅当监测到所述螺旋轴的扭矩与转速均恢复至磨墙阶段的稳态运行区间，且持续时间超过预设稳定时长时，判定卡滞已解除，盾构机恢复推进。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述监测到所述螺旋输送机发生卡滞的判断条件为：所述液压马达的实时扭矩值在连续第一预设时长内的增量超过预设扭矩增幅阈值，且所述螺旋轴的实时转速在连续第二预设时长内持续低于预设转速下限阈值，且所述实时扭矩值的增量为非脉冲式增量，以排除渣土块瞬时通过螺旋叶片时产生的扭矩脉冲干扰。

9.根据权利要求1至8任一项所述的方法，其特征在于，若执行所述第二脱困操作后卡滞仍未解除，执行第三脱困操作；所述第三脱困操作包括：停止所述螺旋轴的旋转与伸缩，向螺旋输送机筒体底部的预设注入口注入液态聚氨酯，注入量以所述液态聚氨酯在螺旋输送机出渣口闸门与筒体底部之间的空间内形成厚度不小于预设封堵厚度的封堵体为准；在所述液态聚氨酯固化过程中，保持螺旋输送机内部压力稳定；固化完成后，开启位于所述封堵体下游侧的检查口进行人工清障。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，若执行所述第三脱困操作后卡滞仍未解除，或根据土仓压力传感器监测数据判定土仓压力在螺旋轴停止旋转期间持续下降且下降速率超过预设速率阈值时，判定卡滞发生位置为土仓与螺旋输送机接口部位，执行第四脱困操作；所述第四脱困操作包括：在常压开仓条件下，通过所述伸缩油缸带动土仓侧的螺旋轴段收缩至筒体内，使土仓与筒体接口处形成无螺旋轴段占据的开放空间，由人员通过所述开放空间进入土仓进行人工清障。