[發明專利]一種巖溶地層盾構施工引起地表沉降的確定方法

有效

• 申請號: 202110368071.7
• 申請日: 2021-04-06
• 公開（公告）號: CN113128106B
• 公開（公告）日: 2023-03-21
• 發明（設計）人: 楊家豪;張寧;沈水龍;閆濤
• 申請（專利權）人: 汕頭大學
• 主分類號: G06F30/27
• 分類號: G06F30/27;G06N3/049;G06N3/0442;G06N3/08;G06Q50/08
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 林麗明

本發明公開一種巖溶地層盾構施工引起地表沉降的確定方法，包括以下步驟：S1：收集隧道的幾何參數；S2：收集地質參數以及巖溶洞穴的幾何參數；S3：收集隧道盾構施工中盾構操作參數；S4：收集最大地表沉降；S5：基于步驟S1至S4收集的參數，建立盾構數據集，劃分訓練集和測試集；S6：建立長短記憶深度學習神經網絡，通過擴展訓練模式將訓練集輸入所述網絡進行訓練，并采用試錯法確定全連接隱藏層中的節點數，利用測試集進行測試，當測試集準確率達到要求時結束訓練，保存此時訓練好的網絡；S7：利用步驟S6得到的訓練好的長短記憶深度學習神經網絡對地表沉降進行預測。本發明考慮到巖溶洞穴的影響和地面沉降長期作用的影響，更加準確地預測地面沉降。

技術領域

本發明涉及隧道工程領域，更具體地，涉及一種巖溶地層盾構施工引起地表沉降的確定方法。

背景技術

在廣東、廣西等華南地區，巖溶地層是隧道建設中常見的不良地質。巖溶洞穴通常分布在含有碳酸鹽巖、硫酸巖等可溶性巖石的地層中。在地下水腐蝕和風化作用下，這些可溶性巖石會發生不同程度的局部溶解。因此，巖溶洞穴呈現出不同幾何尺寸和隨機分布的特點。在隧道施工等擾動條件下，巖溶洞穴存在坍塌破壞的風險，從而誘發地面塌陷等地質災害。為預防地質災害，在隧道開挖前需用混凝土材料對溶洞進行灌漿填充處理。由于地層遮擋，填充處理過程無法判斷，填充效果難以預測。因此，巖溶地層隧道開挖引起的地面沉降預測十分困難。預測隧道開挖引起地表沉降的傳統方法包括經驗方法、數值模擬方法和解析方法。傳統方法一般分為兩個階段：(1)地層條件的理想化，(2)需要為每個地層選擇合適的材料本構方法。然而，由于巖溶洞穴中存在地下水和空氣，填充處理效果不均勻，因此不能簡單地對巖溶地層進行理想化處理。此外，仍然缺少能夠膠結巖溶洞穴特性的本構方法。因此，現有方法無法精確預測巖溶地區地面沉降。

經對現有文獻檢索發現，中國專利申請號為CN201910068462.X，基于循環神經網絡的盾構施工地面沉降預測方法，該專利自述為：“該方法選取盾構法隧道挖掘中的隧道位置、地質條件和盾構參數，以及截至當前時刻沉降觀測值為輸入數據，通過循環層和多個直連接層的結構自行學習特征，不斷優化方法參數，通過測試集的驗證后，最終得到可投入實際工程使用的地面沉降預測方法。”該方法采用循環神經網絡方法預測盾構挖掘引起的地面沉降。但未考慮巖溶洞穴等特殊地層的作用影響，且該方法僅采用10個歷史時刻的沉降預測3個未來時刻的地面沉降，忽略了地面沉降數據的長期作用影響。因此需要提出一種新的能夠考慮巖溶洞穴作用影響和地面沉降長期作用影響的地面沉降計算方法。

發明內容

本發明提供一種巖溶地層盾構施工引起地表沉降的確定方法，克服了現有方法無法考慮巖溶洞穴作用影響的缺陷，能夠考慮地面沉降的長期相互作用，評估地質條件的空間變異性和運行參數的時間變化，計算結果精確可靠。

為解決上述技術問題，本發明的技術方案如下：

一種巖溶地層盾構施工引起地表沉降的確定方法，包括以下步驟：

S1：根據隧道設計圖紙確定隧道每一環管片埋深D，收集隧道的幾何參數；

S2：通過隧道沿線地質勘察確定地層分布、地質參數以及巖溶洞穴的幾何參數，并計算每一環管片的加權地質參數；

S3：收集隧道盾構施工中盾構操作參數并對盾構操作參數進行預處理；

S4：收集隧道中心線監測點處測得的最大地表沉降

S5：基于步驟S1至S4收集的參數，建立盾構數據集，劃分訓練集和測試集并進行歸一化處理；

S6：建立長短記憶深度學習神經網絡，通過擴展訓練模式將訓練集輸入所述長短記憶深度學習神經網絡進行訓練，并采用試錯法確定長短記憶深度學習神經網絡中全連接隱藏層中的節點數，利用測試集對長短記憶深度學習神經網絡進行測試，當測試集準確率達到要求時結束訓練，保存此時訓練好的長短記憶深度學習神經網絡；