本發(fā)明涉及地下結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)，尤其涉及的是一種交叉重疊盾構(gòu)隧道開(kāi)挖地表沉降預(yù)測(cè)方法。

背景技術(shù)：

1、現(xiàn)有技術(shù)普遍認(rèn)為盾構(gòu)單隧道開(kāi)挖引起的地表沉降曲線(xiàn)形式為高斯分布曲線(xiàn)。

2、在高斯分布曲線(xiàn)形式的地表沉降曲線(xiàn)中，需要獲取單隧道開(kāi)挖引起的地表沉降曲線(xiàn)，只需要獲取隧道軸線(xiàn)處的地表最大沉降值，為此，現(xiàn)有技術(shù)通常采用兩種方式進(jìn)行處理，其一是通過(guò)知識(shí)驅(qū)動(dòng)的方式，其二是通過(guò)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的方式。

3、通過(guò)知識(shí)驅(qū)動(dòng)的方式通過(guò)多次試驗(yàn)得到計(jì)算地表最大沉降值的公式，通過(guò)該公式計(jì)算地表最大沉降值。

4、現(xiàn)有技術(shù)另一方面通過(guò)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)最大地表沉降進(jìn)行了預(yù)測(cè)，例如使用粒子群優(yōu)化的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)混合預(yù)測(cè)模型對(duì)最大地表沉降進(jìn)行了預(yù)測(cè)，或者建立了以土壓平衡盾構(gòu)參數(shù)及地質(zhì)條件為輸入，最大沉降為輸出的三種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。

5、但是目前采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)的方法均只用于預(yù)測(cè)沉降最大值，這種方式只能用于單線(xiàn)隧道的預(yù)測(cè)之中，在人口密集的繁華區(qū)域，隨著地下空間不斷開(kāi)發(fā)，重疊隧道以其良好適應(yīng)受限空間施工條件的能力，在繁華城區(qū)地下空間開(kāi)發(fā)中與日俱增，相較于單線(xiàn)隧道，重疊隧道開(kāi)挖引起的沉降同時(shí)受到既有隧道和新建隧道的影響，因此交叉重疊盾構(gòu)隧道地表沉降曲線(xiàn)不能用簡(jiǎn)單的高斯分布曲線(xiàn)表示，其具有最大沉降位置不確定、峰值多等特點(diǎn)，再加上傳統(tǒng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法僅能較好的預(yù)測(cè)沉降最大值，而對(duì)于沉降曲線(xiàn)分布的預(yù)測(cè)性差，因此對(duì)重疊隧道開(kāi)挖引起的地表沉降曲線(xiàn)預(yù)測(cè)面臨挑戰(zhàn)，導(dǎo)致預(yù)測(cè)交叉重疊盾構(gòu)隧道地表沉降困難。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種交叉重疊盾構(gòu)隧道開(kāi)挖地表沉降預(yù)測(cè)方法，旨在解決現(xiàn)有技術(shù)預(yù)測(cè)交叉重疊盾構(gòu)隧道地表沉降困難的問(wèn)題。

2、本發(fā)明解決技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案如下：

3、本發(fā)明提供一種交叉重疊盾構(gòu)隧道開(kāi)挖地表沉降預(yù)測(cè)方法，所述交叉重疊盾構(gòu)隧道開(kāi)挖地表沉降預(yù)測(cè)方法包括：

4、獲取隧道及地層數(shù)據(jù)，將所述隧道及地層數(shù)據(jù)輸入預(yù)測(cè)模型，獲取所述預(yù)測(cè)模型輸出的既有隧道影響參數(shù)和新建隧道影響參數(shù)；

5、根據(jù)所述既有隧道影響參數(shù)和所述新建隧道影響參數(shù)建立交叉重疊盾構(gòu)隧道地表沉降曲線(xiàn)；

6、根據(jù)所述交叉重疊盾構(gòu)隧道地表沉降曲線(xiàn)預(yù)測(cè)交叉重疊盾構(gòu)隧道開(kāi)挖地表沉降。

7、進(jìn)一步地，所述隧道及地層數(shù)據(jù)包括隧道直徑、既有隧道埋深、既有隧道與新建隧道水平距離、既有隧道與新建隧道垂直距離、既有隧道地層損失率和新建隧道地層損失率作為所述隧道及地層數(shù)據(jù)。

8、進(jìn)一步地，所述獲取隧道及地層數(shù)據(jù)，具體包括：

9、根據(jù)隧道施工圖紙獲取所述隧道直徑、所述既有隧道埋深、所述既有隧道與新建隧道水平距離和所述既有隧道與新建隧道垂直距離；

10、根據(jù)隧道施工的盾構(gòu)機(jī)類(lèi)型獲取所述既有隧道地層損失率和所述新建隧道地層損失率。

11、進(jìn)一步地，所述將所述隧道及地層數(shù)據(jù)輸入所述預(yù)測(cè)模型，獲取預(yù)測(cè)模型輸出的既有隧道影響參數(shù)和新建隧道影響參數(shù)，具體包括：

12、建立預(yù)測(cè)模型，所述預(yù)測(cè)模型包括輸入層、模式層、求和層和輸出層；

13、將所述隧道及地層數(shù)據(jù)輸入所述預(yù)測(cè)模型，所述輸入層將所述隧道及地層數(shù)據(jù)傳輸給所述模式層；

14、所述模式層采用高斯函數(shù)對(duì)所述隧道及地層數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后輸出；

15、所述求和層分別對(duì)所述模式層的輸出進(jìn)行算術(shù)平均和多次加權(quán)平均；

16、所述輸出層根據(jù)所述算術(shù)平均和所述加權(quán)平均輸出所述既有隧道影響參數(shù)和所述新建隧道影響參數(shù)。

17、進(jìn)一步地，所述建立預(yù)測(cè)模型，具體包括：

18、獲取訓(xùn)練數(shù)據(jù)集，建立初始模型；

19、以所述訓(xùn)練數(shù)據(jù)集訓(xùn)練所述初始模型，得到所述預(yù)測(cè)模型。

20、進(jìn)一步地，所述獲取訓(xùn)練數(shù)據(jù)集，具體包括：

21、獲取多個(gè)隧道及地層數(shù)據(jù)訓(xùn)練數(shù)據(jù)；

22、對(duì)多個(gè)所述隧道及地層數(shù)據(jù)訓(xùn)練數(shù)據(jù)進(jìn)行有限元模擬，獲取各個(gè)隧道及地層數(shù)據(jù)訓(xùn)練數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的既有隧道影響參數(shù)訓(xùn)練數(shù)據(jù)和隧道影響參數(shù)訓(xùn)練數(shù)據(jù)；

23、將各個(gè)所述隧道及地層數(shù)據(jù)訓(xùn)練數(shù)據(jù)，以及對(duì)應(yīng)的所述既有隧道影響參數(shù)訓(xùn)練數(shù)據(jù)和對(duì)應(yīng)的所述隧道影響參數(shù)訓(xùn)練數(shù)據(jù)構(gòu)成多個(gè)訓(xùn)練樣本；

24、以多個(gè)訓(xùn)練樣本的集合作為所述訓(xùn)練數(shù)據(jù)集。

25、進(jìn)一步地，所述對(duì)多個(gè)所述隧道及地層數(shù)據(jù)訓(xùn)練數(shù)據(jù)進(jìn)行有限元模擬，獲取各個(gè)隧道及地層數(shù)據(jù)訓(xùn)練數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的既有隧道影響參數(shù)訓(xùn)練數(shù)據(jù)和隧道影響參數(shù)訓(xùn)練數(shù)據(jù)，具體包括：

26、對(duì)多個(gè)所述隧道及地層數(shù)據(jù)訓(xùn)練數(shù)據(jù)進(jìn)行有限元模擬，獲取對(duì)應(yīng)的地表沉降數(shù)據(jù)集；

27、對(duì)所述地表沉降數(shù)據(jù)集進(jìn)行擬合得到對(duì)應(yīng)的既有隧道影響參數(shù)訓(xùn)練數(shù)據(jù)和隧道影響參數(shù)訓(xùn)練數(shù)據(jù)。

28、進(jìn)一步地，所述以所述訓(xùn)練數(shù)據(jù)集訓(xùn)練所述初始模型，得到所述預(yù)測(cè)模型，具體包括：

29、根據(jù)設(shè)定劃分比例將所述訓(xùn)練數(shù)據(jù)集劃分為訓(xùn)練集和驗(yàn)證集；

30、計(jì)算所述訓(xùn)練集中各個(gè)所述訓(xùn)練樣本的設(shè)定評(píng)估參數(shù)，將所述設(shè)定評(píng)估參數(shù)低于設(shè)定閾值的訓(xùn)練樣本移到驗(yàn)證集；

31、根據(jù)所述訓(xùn)練集和所述驗(yàn)證集訓(xùn)練所述初始模型，得到所述預(yù)測(cè)模型。

32、進(jìn)一步地，所述計(jì)算所述訓(xùn)練集中各個(gè)所述訓(xùn)練樣本的設(shè)定評(píng)估參數(shù)，具體包括：

33、根據(jù)訓(xùn)練樣本對(duì)應(yīng)的所述地表沉降數(shù)據(jù)集、所述既有隧道影響參數(shù)訓(xùn)練數(shù)據(jù)和所述隧道影響參數(shù)訓(xùn)練數(shù)據(jù)計(jì)算訓(xùn)練樣本的相關(guān)系數(shù)r2；

34、以所述相關(guān)系數(shù)r2作為所述設(shè)定評(píng)估參數(shù)。

35、進(jìn)一步地，所述既有隧道影響參數(shù)包括既有隧道沉降影響峰值、既有隧道影響偏差參數(shù)和既有隧道地表沉降槽寬度系數(shù)，所述新建隧道影響參數(shù)包括新建隧道沉降影響峰值、新建隧道影響偏差參數(shù)和新建隧道地表沉降槽寬度系數(shù)；

36、所述根據(jù)所述既有隧道影響參數(shù)和所述新建隧道影響參數(shù)建立交叉重疊盾構(gòu)隧道地表沉降曲線(xiàn)，具體包括：

37、根據(jù)所述既有隧道沉降影響峰值、所述既有隧道影響偏差參數(shù)、所述既有隧道地表沉降槽寬度系數(shù)、所述新建隧道沉降影響峰值、所述新建隧道影響偏差參數(shù)和所述新建隧道地表沉降槽寬度系數(shù)建立交叉重疊盾構(gòu)隧道地表沉降曲線(xiàn)：

38、；

39、其中，?表示處的地表沉降值。

40、本發(fā)明采用上述技術(shù)方案具有以下效果：

41、本發(fā)明通過(guò)基于知識(shí)驅(qū)動(dòng)考慮到重疊隧道同時(shí)受到既有隧道的影響，也收到新建隧道的影響，明確建立重疊隧道的地表沉降曲線(xiàn)需要獲取既有隧道的影響參數(shù)和新建隧道的影響參數(shù)，再基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)通過(guò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)獲取既有隧道的影響參數(shù)和新建隧道的影響參數(shù)，從而基于數(shù)據(jù)與知識(shí)雙驅(qū)動(dòng)，建立重疊隧道的地面沉降曲線(xiàn)實(shí)現(xiàn)交叉重疊盾構(gòu)隧道開(kāi)挖地表沉降預(yù)測(cè)。

技術(shù)特征：

1.一種交叉重疊盾構(gòu)隧道開(kāi)挖地表沉降預(yù)測(cè)方法，其特征在于，所述交叉重疊盾構(gòu)隧道開(kāi)挖地表沉降預(yù)測(cè)方法包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種交叉重疊盾構(gòu)隧道開(kāi)挖地表沉降預(yù)測(cè)方法，其特征在于，所述隧道及地層數(shù)據(jù)包括隧道直徑、既有隧道埋深、既有隧道與新建隧道水平距離、既有隧道與新建隧道垂直距離、既有隧道地層損失率和新建隧道地層損失率作為所述隧道及地層數(shù)據(jù)。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種交叉重疊盾構(gòu)隧道開(kāi)挖地表沉降預(yù)測(cè)方法，其特征在于，所述獲取隧道及地層數(shù)據(jù)，具體包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種交叉重疊盾構(gòu)隧道開(kāi)挖地表沉降預(yù)測(cè)方法，其特征在于，所述將所述隧道及地層數(shù)據(jù)輸入所述預(yù)測(cè)模型，獲取預(yù)測(cè)模型輸出的既有隧道影響參數(shù)和新建隧道影響參數(shù)，具體包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種交叉重疊盾構(gòu)隧道開(kāi)挖地表沉降預(yù)測(cè)方法，其特征在于，所述建立預(yù)測(cè)模型，具體包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種交叉重疊盾構(gòu)隧道開(kāi)挖地表沉降預(yù)測(cè)方法，其特征在于，所述獲取訓(xùn)練數(shù)據(jù)集，具體包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種交叉重疊盾構(gòu)隧道開(kāi)挖地表沉降預(yù)測(cè)方法，其特征在于，所述對(duì)多個(gè)所述隧道及地層數(shù)據(jù)訓(xùn)練數(shù)據(jù)進(jìn)行有限元模擬，獲取各個(gè)隧道及地層數(shù)據(jù)訓(xùn)練數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的既有隧道影響參數(shù)訓(xùn)練數(shù)據(jù)和隧道影響參數(shù)訓(xùn)練數(shù)據(jù)，具體包括：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種交叉重疊盾構(gòu)隧道開(kāi)挖地表沉降預(yù)測(cè)方法，其特征在于，所述以所述訓(xùn)練數(shù)據(jù)集訓(xùn)練所述初始模型，得到所述預(yù)測(cè)模型，具體包括：

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種交叉重疊盾構(gòu)隧道開(kāi)挖地表沉降預(yù)測(cè)方法，其特征在于，所述計(jì)算所述訓(xùn)練集中各個(gè)所述訓(xùn)練樣本的設(shè)定評(píng)估參數(shù)，具體包括：

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種交叉重疊盾構(gòu)隧道開(kāi)挖地表沉降預(yù)測(cè)方法，其特征在于，所述既有隧道影響參數(shù)包括既有隧道沉降影響峰值、既有隧道影響偏差參數(shù)和既有隧道地表沉降槽寬度系數(shù)，所述新建隧道影響參數(shù)包括新建隧道沉降影響峰值、新建隧道影響偏差參數(shù)和新建隧道地表沉降槽寬度系數(shù)；

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種交叉重疊盾構(gòu)隧道開(kāi)挖地表沉降預(yù)測(cè)方法，所述方法包括：獲取隧道及地層數(shù)據(jù)，將所述隧道及地層數(shù)據(jù)輸入預(yù)測(cè)模型，獲取預(yù)測(cè)模型輸出的既有隧道影響參數(shù)和新建隧道影響參數(shù)；根據(jù)所述既有隧道影響參數(shù)和所述新建隧道影響參數(shù)建立交叉重疊盾構(gòu)隧道地表沉降曲線(xiàn)；根據(jù)所述交叉重疊盾構(gòu)隧道地表沉降曲線(xiàn)預(yù)測(cè)交叉重疊盾構(gòu)隧道開(kāi)挖地表沉降。本發(fā)明基于知識(shí)驅(qū)動(dòng)考慮到重疊隧道地表沉降曲線(xiàn)同時(shí)受到既有隧道的影響和新建隧道的影響，明確建立重疊隧道的地表沉降曲線(xiàn)需要獲取既有隧道的影響參數(shù)和新建隧道的影響參數(shù)，再基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)通過(guò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)獲取既有隧道的影響參數(shù)和新建隧道的影響參數(shù)，實(shí)現(xiàn)交叉重疊盾構(gòu)隧道開(kāi)挖地表沉降預(yù)測(cè)。

技術(shù)研發(fā)人員：林星濤,陳睿迪,陳湘生,曾輝,蘇棟,王樹(shù)英,韓凱航,王燈
受保護(hù)的技術(shù)使用者：深圳大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/21