机理增强的盾构掘进过程横纵双向地表沉降联合智能预测

作     者：殷宪辉 牟朝群 陈艺震 何桢 宋明顺 

作者机构：青岛大学质量与标准化学院 天津大学管理与经济学部 中国计量大学经济与管理学院 

出 版 物：《工业工程与管理》 (Industrial Engineering and Management)

年 卷 期：2024年

学科分类：081406[工学-桥梁与隧道工程] 081803[工学-地质工程] 08[工学] 0818[工学-地质资源与地质工程] 0814[工学-土木工程] 082301[工学-道路与铁道工程] 0823[工学-交通运输工程] 

基　　金：国家自然科学基金青年项目(72201146) 山东省自然科学基金青年项目(ZR2022QG071) 山东省高等学校青创科技支持计划(2023RW070) 国家自然科学基金国际(中韩)合作与交流项目(72261147706) 

主　　题：地表沉降联合预测 先验机理 多峰高斯拟合 深度森林 时空效应 盾构机 

摘      要：盾构机掘进过程中地表沉降现象难以避免，通常沉降超过规定阈值或呈现不规则变化时会直接影响隧道的施工质量，因此，能否采取及时、准确的地表沉降监测手段预估沉降变化幅值及趋势，并对异常状态做出预警显得尤为重要。考虑到最大沉降值点与其所在环断面的沉降分布关系方面存在一定研究空间，提出一种沉降机理指导下的基于盾构机运行数据和沉降监测数据驱动的横纵双向地表沉降联合预测框架。首先根据横向（环断面方向）沉降机理采用多峰高斯拟合方法对沉降分布形态进行预测；其次分析沉降序列的时空效应并通过深度森林算法进行纵向（掘进方向）沉降值预测；然后，分析预测值是否位于依据沉降分布形态划定的预警区域内并判定沉降有无异常，并以质量损失函数和多分类准确率指标为基础设计了联合沉降预测准确度的判定指标；最后，将模型应用到天津地铁4号线盾构施工过程的沉降预测中，多指标综合评价及联合判定结果的准确率证明了本文所提方法的有效性和优越性。