[發明專利]用主成分分析-長短記憶模型確定盾構機刀盤扭矩的方法

在審

• 申請號: 202110618612.7
• 申請日: 2021-06-03
• 公開（公告）號: CN113323676A
• 公開（公告）日: 2021-08-31
• 發明（設計）人: 曾毅;沈水龍;熊旺;魏坤安;王志欣;張小龍;呂琦;余征毅;郭明耀;卞躍威;林松順;夏苓;閆濤
• 申請（專利權）人: 上海市隧道工程軌道交通設計研究院;汕頭大學
• 主分類號: E21D9/06
• 分類號: E21D9/06;E21D9/00;E21F17/00;E21F17/18;G06F30/20
• 代理公司: 上海恒慧知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31317
• 代理人: 徐紅銀

本發明提供一種用主成分分析?長短記憶模型確定盾構機刀盤扭矩的方法，包括：S1，獲取盾構機施工的地質參數和盾構施工參數，對所述地質參數和盾構施工參數進行歸一化處理；S2，采用主成分分析方法對歸一化處理后的數據降維，并將降維后的數據和目標參數即盾構機刀盤扭矩劃分為訓練集和測試集；S3，建立長短記憶神經網絡模型，將訓練集輸入到長短記憶神經網絡模型中，調整模型參數使模型達到收斂，并用測試集驗證后保存最佳模型；S4，將實測的地質參數和盾構施工參數輸入所述最佳模型，得到目標參數盾構機刀盤扭矩。本發明能夠根據盾構機施工參數和地質參數快速準確確定盾構機刀盤扭矩，能夠更好地指導盾構施工。

技術領域

本發明涉及一種盾構隧道領域中的盾構機刀盤參數確定方法，具體地，涉及一種用主成分分析-長短記憶模型確定盾構機刀盤扭矩的方法。

背景技術

隨著隧道工程和地下空間開發的快速發展，土壓平衡盾構機以其安全施工、環境友好和施工效率高的特點，廣泛應用于城市隧道的開挖。在盾構隧道施工過程中，地質參數與施工參數之間存在相關關系，更好地理解各種參數之間的關系，可以減小刀具磨損和地面不均勻沉降，保證施工安全。在實際隧道工程中，施工人員必須根據盾構控制系統的數據反饋和施工場地的地質條件及時調節盾構施工參數，施工參數的調節很大程度上取決于現場工人的施工經驗。刀盤扭矩是盾構施工中需設定的主要參數之一，刀盤扭矩能夠嚴重影響盾構施工效率和施工成本。因此，合理的盾構機的刀盤扭矩是確保隧道開挖安全、降低施工成本的關鍵所在。近幾十年來，關于刀盤扭矩設定的大量研究成果中使用的方法可概括為：經驗方法、半經驗分析方法和數值分析方法。但是，這些方法很大程度上依賴于以往施工案例的經驗和特定的施工條件。相比于其他方法，人工智能方法主要依賴于盾構施工區間的地質參數和盾構施工實測數據，可通過大量現場實測數據的積累，實現在各種地質條件下確定盾構刀盤扭矩，并且實現確定的刀盤扭矩施工對環境的影響在規定的范圍內。

經對現有的技術文獻的檢索發現，申請專利號為：CN201910004164.4，授權號為：CN109488321B，專利名稱為：一種盾構刀盤扭矩確定方法及系統，該專利通過確定影響刀盤扭矩的參數，并從這些參數中確定盾構掘進過程中的無量綱量和無量綱化刀盤扭矩，對無量綱量采用LASSO算法，得到所述無量綱量的系數識別結果，將各個無量綱量系數識別結果與對應的所述無量綱量相乘，得到刀盤扭矩計算模型并使用模型確定盾構刀盤扭矩。然而該方法選取的參數較少且局限于單一的地層條件，事實上盾構途經區域大多由各種不同性質的土層組成，確定刀盤扭矩需要綜合考慮多種地質參數和施工參數的影響。因此，有必要提出一種考慮多種地質條件和施工參數確定盾構機刀盤扭矩的方法。

發明內容

針對現有技術中的缺陷，本發明的目的是提出了一種基于主成分分析-長短記憶模型確定盾構機刀盤扭矩的方法，該方法能夠根據盾構機施工參數和地質參數快速準確預測盾構機刀盤扭矩，能夠更好地指導盾構施工。

本發明的第一方面，提供一種基于主成分分析-長短記憶模型確定盾構機刀盤扭矩的方法，包括：

S1，獲取盾構機施工的地質參數和盾構施工參數，對所述地質參數和盾構施工參數進行歸一化處理；

S2，采用主成分分析方法對歸一化處理后的數據降維，并將降維后的數據和目標參數即盾構機刀盤扭矩劃分為測試集和訓練集；

S3，建立長短記憶神經網絡模型，將訓練集輸入到長短記憶神經網絡模型中，調整模型參數使模型達到收斂，并用測試集驗證后保存最佳模型，即主成分分析-長短記憶模型；

S4，將實測的地質參數和盾構施工參數輸入所述最佳模型，得到目標參數盾構機刀盤扭矩。

本發明的第二方面，提供一種用主成分分析-長短記憶模型確定盾構機刀盤扭矩的終端，包括存儲器、處理器及存儲在存儲器上并能在處理器上運行的計算機程序，所述處理器執行所述程序時用于執行上述的用主成分分析-長短記憶模型確定盾構機刀盤扭矩的方法。