[發(fā)明專利]基于雙模型融合的盾構(gòu)施工地面沉降量預(yù)測方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810650131.2
• 申請日: 2018-06-22
• 公開（公告）號(hào): CN108985340B
• 公開（公告）日: 2021-06-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 常建濤;孔憲光;張召;宮思藝;王佩
• 申請（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G06K9/62
• 分類號(hào): G06K9/62;G06N3/04;G06N3/08;G06Q50/08
• 代理公司: 陜西電子工業(yè)專利中心 61205
• 代理人: 陳宏社;王品華

本發(fā)明公開了一種基于大數(shù)據(jù)分析的盾構(gòu)施工地面沉降預(yù)測方法，主要解決現(xiàn)有技術(shù)在盾構(gòu)施工大數(shù)據(jù)場景下，地面沉降進(jìn)行預(yù)測精度不高的問題,預(yù)測方法步驟包括：數(shù)據(jù)預(yù)處理；獲取影響地面沉降的參數(shù)數(shù)據(jù)；建立沉降預(yù)測模型；對預(yù)測模型的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化；利用最優(yōu)參數(shù)重新訓(xùn)練模型；模型融合；獲取實(shí)時(shí)地面沉降量數(shù)據(jù)。本發(fā)明整個(gè)方案設(shè)計(jì)嚴(yán)謹(jǐn)、完整，地面沉降量預(yù)測的效率和準(zhǔn)確性高，用于地鐵施工地面沉降預(yù)測，保障工程質(zhì)量和安全。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于工業(yè)大數(shù)據(jù)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種地面沉降預(yù)測方法，具體涉及一種基于優(yōu)化的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和支持向量回歸機(jī)融合的地面沉降量的預(yù)測方法，可用于對盾構(gòu)施工過程中多個(gè)監(jiān)測點(diǎn)的地面沉降量進(jìn)行預(yù)測。

背景技術(shù)

伴隨著中國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，眾多人口涌入各大城市，由于城區(qū)規(guī)劃面積有限，現(xiàn)有運(yùn)輸條件已經(jīng)逐漸不能滿足人們快速出行的需求。隨著我國城鎮(zhèn)化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，眾多城市人口數(shù)量的大量增加使城市交通面臨前所未有的挑戰(zhàn)，城市交通狀況的不斷惡化引起了各級政府的高度重視，面對日益突出的交通擁堵、出行耗時(shí)等民生問題，世界各國諸多超大城市、大城市等紛紛通過改善現(xiàn)有城市軌道交通運(yùn)力來解決面臨的交通問題，改善市民職住環(huán)境，所以這就要求必須大力發(fā)展城軌交通，因此，我國地鐵建設(shè)增長潛力巨大。

地鐵建設(shè)的重中之重在于地鐵隧道的挖掘。在隧道建設(shè)中，盾構(gòu)法以其明顯的經(jīng)濟(jì)技術(shù)優(yōu)勢和對周邊環(huán)境影響較小的特點(diǎn)，成為地鐵隧道施工最常用的方式之一。盾構(gòu)施工掘進(jìn)過程中涉及眾多問題，最為重要的就是施工安全問題，其中對施工安全影響最大的因素在于掘進(jìn)過程中的地面沉降。地面沉降是在盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)過程中，由隧道開挖引起的土體損失以及盾體對周圍土層擾動(dòng)的重塑土再固結(jié)綜合作用造成的地面下沉現(xiàn)象，如果控制不當(dāng)或不能提前對其采取補(bǔ)救措施，則會(huì)對施工線路周邊道路、建筑物、構(gòu)筑物、地下油氣管線、操作人員造成較大威脅。最大限度降低施工對周圍土體的影響，減小施工對鄰近建筑物及管線的影響，合理控制施工引起的地表沉降，及時(shí)準(zhǔn)確、智能的預(yù)測地面沉降量具有重大的工程意義。按照預(yù)測方法原理不同主要分為：Peck公式法、數(shù)值模擬法、有限元分析法、人工智能模型預(yù)測法等。

Peck公式方面，1969年，Peck研究了大量地鐵隧道掘進(jìn)工程實(shí)例，通過對地表沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析，提出了著名的Peck公式。在基于不排水的假設(shè)下， Peck認(rèn)為沉降槽體積約等于掘進(jìn)過程中的地層損失量，并且隧道橫斷面內(nèi)的沉降槽曲線形如正態(tài)分布曲線，依此公式來對地面沉降進(jìn)行預(yù)測。目前，在很多盾構(gòu)施工項(xiàng)目中Peck公式在地面沉降預(yù)測方面仍具有重要的實(shí)用意義。陳春來、趙城麗等人在Peck公式的基礎(chǔ)上，研究了雙線盾構(gòu)掘進(jìn)方式下的地面沉降量預(yù)測方法，并建立和修正了三維Peck公式，提出計(jì)算總地面沉降量的方法是將前期沉降和后行沉降進(jìn)行疊加計(jì)算。Clough和Schmidt等人對沉降槽寬度系數(shù)進(jìn)行了研究總結(jié)。O’Reilly和New在沉降槽寬度系數(shù)的計(jì)算方面也做了大量研究，他們認(rèn)為隧道軸線埋深和具有線性關(guān)系，該結(jié)論為后續(xù)眾多修正方法的提出奠定了基礎(chǔ)。T.B.Celestino等人認(rèn)識(shí)到了Peck公式在地面沉降預(yù)測方面的不足，該認(rèn)識(shí)是通過對實(shí)測數(shù)據(jù)的整理和有限元計(jì)算結(jié)果的分析得到的。其中認(rèn)識(shí)的主要不同在于沉降槽形狀問題，他們認(rèn)為在特定施工條件下的沉降槽形狀不再呈現(xiàn)正態(tài)分布形狀，而是類似于“塞子”的形狀。同時(shí)，基于該結(jié)論提出了沉降曲線公式。

數(shù)值模擬方面，吳龍海研究和總結(jié)了地面沉降和變形規(guī)律，并基于數(shù)值模擬與實(shí)地監(jiān)測數(shù)據(jù)，將該規(guī)律推廣到了濕陷性黃土地區(qū)。隨后對地層土體損失率和沉降槽寬度系數(shù)進(jìn)行了修正，其核心思想是線性回歸和最小二乘法在求Peck 公式相關(guān)參數(shù)中的應(yīng)用，文章實(shí)踐證明其方法在特定地質(zhì)條件下具有較好的表現(xiàn)。張冬梅、黃宏偉等人充分分析了影響地面長期沉降的影響因素，在此基礎(chǔ)上構(gòu)建了軟黏土?xí)r效性本構(gòu)模型，模擬了襯砌的局部滲流現(xiàn)象。最后采用數(shù)值模擬方法對軟地層條件下的地面長期沉降進(jìn)行了模擬。劉洪洲、孫鈞等人首先介紹了軟土地層的性質(zhì)以及對地面沉降的影響，然后選取了合適的土力學(xué)和材料參數(shù)，并基于此確定了有限元模型和對網(wǎng)格進(jìn)行了優(yōu)化。