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现代隧道技术 2025, Vol. 62 Issue (5) :97-    DOI:
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下穿机场大断面岩溶隧道悬臂掘进机施工工序多目标智能优化框架
(1.同济大学 岩土及地下工程教育部重点实验室,上海 200092; 2.同济大学地下建筑与工程系,
上海 200092;3.中铁二院昆明勘察设计研究院有限责任公司,昆明 650200;
4.中国铁路昆明局集团有限公司,昆明 650011)
Multi-objective Intelligent Optimization Framework for Construction Procedures of Large Cross-section Karst Tunnels Excavated Beneath Airports Using Roadheaders
(1. Key Laboratory of Geotechnical and Underground Engineering of Education Ministry, Tongji University, Shanghai 200092;
2. Department of Geotechnical Engineering College of Civil Engineering, Tongji University, Shanghai 200092;
3. China Railway Second Institute Kunming Survey and Design Research Institute Co., Ltd., Kunming 650200;
4. China Railway Kunming Group Co., Ltd., Kunming 650011)
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摘要 在采用悬臂掘进机施工的大断面隧道中,多工序协调存在对经验依赖较强、施工效率偏低及沉降控制困难等问题。为此,依托昆渝高铁长水机场隧道工程,提出一种集成掘进效率预测、沉降预警与多工序参数优化的悬臂掘进机智能施工工序优化框架。首先,通过对多源实测数据进行时空对齐处理,构建基于贝叶斯优化的LightGBM模型以预测掘进效率,并结合地质、工序特征及掌子面推进动态,建立Multi-LSTM拱顶沉降预测模型。结果表明,两模型的决定系数分别达到0.77和0.94,可较准确地反映工序与地质因素间的映射关系。进一步地,采用NSGA-Ⅱ多目标优化算法对循环进尺、支护时间与支护强度等施工参数开展协同优化,结果表明,在典型岩溶地质条件下,采用优化策略后掘进效率平均提升34.6%,沉降量平均降低23.1%。
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王 杰1
2 丁文云3 罗 炜1
2 杨进京3 张金荣4 薛亚东1
2
关键词悬臂掘进机   机器学习   掘进效率预测   沉降预测   多目标工序优化     
Abstract

For large cross-section tunnels constructed with roadheaders, the coordination of multiple construction procedures often relies heavily on operational experience, leading to low efficiency and difficulties in settlement control. To address these challenges, and based on the Changshui Airport Tunnel project along the Chongqing-Kunming High-Speed Railway, this study proposes an intelligent optimization framework that integrates excavation efficiency prediction, settlement early warning, and multi-procedure parameter optimization. First, multi-source monitoring data were temporally and spatially aligned to develop a LightGBM-based prediction model enhanced with Bayesian optimization for excavation efficiency, and a Multi-LSTM vault settlement prediction model incorporating geological conditions, construction procedure features, and dynamic face advancement. The results show that the two models achieve coefficients of determination of 0.77 and 0.94, respectively, accurately mapping relationships among construction parameters and geotechnical properties. Furthermore, the NSGA-Ⅱ multi-objective optimization algorithm was adopted to conduct coordinated optimization of key construction parameters, including cyclic advance length, support duration, and support strength. The results indicate that under typical karst geological conditions, the optimized strategies improve tunneling efficiency by an average of 34.6% while reducing settlement by an average of 23.1%.

KeywordsRoadheader,   Machine learning,   Excavation efficiency prediction,   Settlement prediction,   Multi-objective procedure optimization     
基金资助:云南科技厅重点研发计划(202303AA080003).
作者简介: 王 杰(2003-),男,硕士研究生,主要从事隧道工程数智化方面的研究工作,E-mail:2044467418@qq.com.
引用本文:   
王 杰1, 2 丁文云3 罗 炜1, 2 杨进京3 张金荣4 薛亚东1等 .下穿机场大断面岩溶隧道悬臂掘进机施工工序多目标智能优化框架[J]  现代隧道技术, 2025,V62(5): 97-
WANG Jie1, 2 DING Wenyun3 LUO Wei1, 2 YANG Jinjing3 ZHANG Jinrong4 XUE Yadong1 etc .Multi-objective Intelligent Optimization Framework for Construction Procedures of Large Cross-section Karst Tunnels Excavated Beneath Airports Using Roadheaders[J]  MODERN TUNNELLING TECHNOLOGY, 2025,V62(5): 97-
链接本文:  
http://www.xdsdjs.com/CN/      或     http://www.xdsdjs.com/CN/Y2025/V62/I5/97
 
没有本文参考文献
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