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现代隧道技术 2024, Vol. 61 Issue (6) :92-99    DOI:
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基于BO-Adam-Bi-LSTM的盾构下穿既有隧道变形预测及调控
(1. 中铁开发投资集团有限公司,昆明 650500;2.华中科技大学土木与水利工程学院,武汉 430074; 3.香港理工大学建筑及房地产学系,香港 999077)
Deformation Prediction and Control for Shield Tunnelling Passing under Existing Tunnels Based on BO-Adam-Bi-LSTM
(1. China Railway Development and Investment Group, Kunming 650500; 2. School of Civil and Hydraulic Engineering, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074; 3. Department of Building and Real Estate, The Hong Kong Polytechnic University, Hong Kong 999077)
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摘要 针对盾构隧道下穿施工诱发既有隧道变形和安全控制的问题,设计一种基于深度学习的既有隧道变形预测模型以捕捉变形发展规律。使用Adam算法优化双向长短期记忆网络(Bi-LSTM),采用贝叶斯优化(BO)调参,建立基于BO-Adam-Bi-LSTM的盾构下穿既有隧道变形预测模型,并与其他神经网络模型的预测结果进行对比;利用SHAP提高模型的可解释性,确定关键施工参数。结果表明:建立的BO-Adam-Bi-LSTM变形预测模型具有较高的预测精度,预测水平位移与竖向位移时,其测试集 R2分别为 0.935、0.924,均方根误差 RMSE 分别为 0.504、0.903,平均绝对误差MAE分别为0.415、0.824;采用SHAP方法发现盾构土舱压力对既有隧道水平变形预测结果的影响较大。通过调整对模型预测结果贡献度较大的几个参数,可以有效地将隧道变形值控制在预警范围内。
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作者相关文章
张明书1 姚 琛1 吴贤国2 陈虹宇3 冯宗宝2 杨 赛2
关键词既有隧道   变形预测   安全控制   BO-Adam-Bi-LSTM   SHAP     
Abstract: To address deformation and safety control issues induced by shield tunnelling passing under existing tun? nels, a deep learning-based prediction model was designed to capture deformation development patterns. A Bi-directional Long Short-Term Memory network (Bi-LSTM) was optimized using the Adam algorithm, with parameter tuning performed via Bayesian Optimization (BO), forming the BO-Adam-Bi-LSTM model for deformation predic? tion of shield tunnelling passing under existing tunnels. The model's prediction results were compared with other neural network models, and SHAP was used to enhance interpretability and identify key construction parameters.Results show that the BO-Adam-Bi-LSTM model achieves high prediction accuracy, with R2 values of 0.935 and 0.924, RMSE values of 0.504 and 0.903, and MAE values of 0.415 and 0.824 for the test sets. SHAP analysis reveals that shield chamber pressure has a significant impact on the prediction of horizontal deformation in existing tunnels.By adjusting a few key parameters with high contributions to the model predictions, tunnel deformation values can be effectively controlled within the warning range.
KeywordsExisting tunnel,   Deformation prediction,   Safety control,   BO-Adam-Bi-LSTM,   SHAP     
基金资助:国家自然科学基金(51778262,71571078,51308240);国家重点研发计划(2016YFC0800208).
作者简介: 张明书(1966-),男,正高级工程师,主要从事隧道工程施工与运营安全监控等方面的研究工作,E-mail: 763410008@qq.com. 通讯作者:吴贤国(1964-),女,博士,教授,主要从事数字工程集成建设关键技术及应用、隧道工程施工与运营安全监控等方面的研究及教学工作,
引用本文:   
张明书1 姚 琛1 吴贤国2 陈虹宇3 冯宗宝2 杨 赛2 .基于BO-Adam-Bi-LSTM的盾构下穿既有隧道变形预测及调控[J]  现代隧道技术, 2024,V61(6): 92-99
ZHANG Mingshu1 YAO Chen1 WU Xianguo2 CHEN Hongyu3 FENG Zongbao2 YANG Sai2 .Deformation Prediction and Control for Shield Tunnelling Passing under Existing Tunnels Based on BO-Adam-Bi-LSTM[J]  MODERN TUNNELLING TECHNOLOGY, 2024,V61(6): 92-99
链接本文:  
http://www.xdsdjs.com/CN/      或     http://www.xdsdjs.com/CN/Y2024/V61/I6/92
 
没有本文参考文献
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