一种滨海复杂地层盾构掘进适应性评价方法技术

本发明专利技术提出了一种滨海复杂地层盾构掘进适应性评价方法，包括以下步骤：S1，得到最终掘进判断矩阵；S2，将步骤S1中得到的最终掘进判断矩阵利用遗传算法获得最终掘进判断矩阵的掘进权重矩阵；S3，若选择土压平衡盾构机，则执行步骤S4；若选择泥水平衡盾构机，则执行步骤S5；步骤S4包括：S41，利用滨海复杂地层盾构掘进中的土压平衡盾构机掘进隶属函数得到土压平衡盾构机掘进隶属矩阵；S42，根据步骤S2中得到的掘进权重矩阵以及步骤S41中得到的土压平衡盾构机掘进隶属矩阵，计算土压平衡盾构机掘进适应度。本发明专利技术能够以较优方式对滨海复杂地层进行掘进。

【技术实现步骤摘要】
一种滨海复杂地层盾构掘进适应性评价方法
本专利技术涉及一种盾构机掘进
，特别是涉及一种滨海复杂地层盾构掘进适应性评价方法。
技术介绍
近年来经济飞速发展，不可避免的带来了一些负面问题，比如亟待解决的城市交通拥堵。地铁作为缓解城市交通拥堵的一个手段，由于其在建设过程中不占用地表空间资源，且地铁在运营时会分流部分使用地表交通工具人群，故越来越多符合地铁建设条件的城市开始兴建地铁。目前我国修建地铁隧道方法有明挖法、浅埋暗挖法、矿山法、盾构法或者几种方法共同使用。由于地铁隧道一般在软土地层中，且由于盾构法采用全自动机械化施工，具有施工不受气候影响，施工时噪音小、对地面交通和建构筑物影响微小，因此盾构法占据了修建地铁隧道的主流。我国幅员辽阔，南北跨距大，滨海地区地质情况复杂不一。地铁线路越来越密集，又或者由于政策规划原因新建地铁盾构掘进区间不可避免的穿越多种特殊地段，比如深圳地铁11号线车—红区间穿越软硬不均复合地层和含孤石地层，给盾构掘进造成风险；或者区间大部分地层适用土压平衡盾构，但会有短距离的渗透系数较大的饱和富水地层，刀盘前方开挖掌子面很难建立土压平衡，严重时会导致地表沉降值超限，危害地表建(构)筑物安全。由于待建地铁线路多，工期紧张，又因单台盾构机造价高，上一个盾构区间施工完毕经过维修直接投入到下一盾构区间使用。盾构机和地层不匹配轻则导致盾构掘进困难，延误工期；重则造成隧道塌方，危害建(构)筑物安全，甚至造成人员伤亡。
技术实现思路
本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题，特别创新地提出了一种滨海复杂地层盾构掘进适应性评价方法。为了实现本专利技术的上述目的，本专利技术提供了一种滨海复杂地层盾构掘进适应性评价方法，包括以下步骤：S1，根据获取的滨海复杂地层盾构掘进中的指标构建υ′个掘进判断矩阵以及对构建的各个掘进判断矩阵赋予掘进判断矩阵权重系数，所述υ′为大于或者等于1的正整数；得到最终掘进判断矩阵；S2，将步骤S1中得到的最终掘进判断矩阵利用遗传算法获得最终掘进判断矩阵的掘进权重矩阵；S3，若选择土压平衡盾构机，则执行步骤S4；若选择泥水平衡盾构机，则执行步骤S5；步骤S4包括：S41，利用滨海复杂地层盾构掘进中的土压平衡盾构机掘进隶属函数得到土压平衡盾构机掘进隶属矩阵；S42，根据步骤S2中得到的掘进权重矩阵以及步骤S41中得到的土压平衡盾构机掘进隶属矩阵，计算土压平衡盾构机掘进适应度：若土压平衡盾构机掘进综合适应度大于或者等于预设掘进土压平衡盾构机综合适应度，则土压平衡盾构机按照当前参数运行；若土压平衡盾构机掘进综合适应度小于预设掘进土压平衡盾构机综合适应度，则改变土压平衡盾构机掘进参数，返回步骤S3；步骤S5包括：S51，利用滨海复杂地层盾构掘进中的泥水平衡盾构机掘进隶属函数得到泥水平衡盾构机掘进隶属矩阵；S52，根据步骤S2中得到的掘进权重矩阵以及步骤S51中得到的泥水平衡盾构机掘进隶属矩阵，计算泥水平衡盾构机掘进适应度：若泥水平衡盾构机掘进综合适应度大于或者等于预设掘进泥水平衡盾构机综合适应度，则泥水平衡盾构机按照当前参数运行；若泥水平衡盾构机掘进综合适应度小于预设掘进泥水平衡盾构机综合适应度，则改变泥水平衡盾构机掘进参数，返回步骤S3。在步骤S3中，本专利技术还公开了一种滨海复杂地层盾构选型适应性评价方法，用于选择泥水平衡盾构机和土压平衡盾构机包括以下步骤：S31，利用滨海复杂地层盾构选型中的隶属函数得到隶属矩阵；S32，根据步骤S2中得到的掘进权重矩阵以及步骤S31中得到的隶属矩阵，计算选型适应度：若土压平衡盾构机综合适应度大于泥水平衡盾构机综合适应度，则选择土压平衡盾构机；若土压平衡盾构机综合适应度小于泥水平衡盾构机综合适应度，则选择泥水平衡盾构机；若土压平衡盾构机综合适应度等于泥水平衡盾构机综合适应度，则选择泥水平衡盾构机或土压平衡盾构机。在本专利技术的一种优选实施方式中，在步骤S32中隶属函数包括土压平衡盾构机隶属函数和泥水平衡盾构机隶属函数：土压平衡盾构机隶属函数包括土压平衡盾构机隧道设计评价指标隶属函数、土压平衡盾构机水文地质条件评价指标隶属函数、土压平衡盾构机线路周边环境评价指标隶属函数之一或者任意组合；土压平衡盾构机隧道设计评价指标隶属函数包括土压平衡盾构机隧道断面尺寸隶属函数；土压平衡盾构机水文地质条件评价指标隶属函数包括土压平衡盾构机土层渗透系数隶属函数、土压平衡盾构机土层颗粒级配隶属函数、土压平衡盾构机地下水压力隶属函数之一或者任意组合；土压平衡盾构机线路周边环境评价指标隶属函数包括土压平衡盾构机地表沉降控制值隶属函数；土压平衡盾构机隧道断面尺寸隶属函数：x表示隧道断面半径；土压平衡盾构机土层渗透系数隶属函数：x表示地层渗透系数；土压平衡盾构机土层颗粒级配隶属函数：x表示细颗粒含量；土压平衡盾构机地下水压力隶属函数：x表示地下水压；土压平衡盾构机地表沉降控制值隶属函数：x表示沉降值；泥水平衡盾构机隶属函数包括泥水平衡盾构机隧道设计评价指标隶属函数、泥水平衡盾构机水文地质条件评价指标隶属函数、泥水平衡盾构机线路周边环境评价指标隶属函数之一或者任意组合；泥水平衡盾构机隧道设计评价指标隶属函数包括泥水平衡盾构机隧道断面尺寸隶属函数；泥水平衡盾构机水文地质条件评价指标隶属函数包括泥水平衡盾构机土层渗透系数隶属函数、泥水平衡盾构机土层颗粒级配隶属函数、泥水平衡盾构机地下水压力隶属函数之一或者任意组合；泥水平衡盾构机线路周边环境评价指标隶属函数包括泥水平衡盾构机地表沉降控制值隶属函数；泥水平衡盾构机隧道断面尺寸隶属函数：x表示隧道断面半径；泥水平衡盾构机土层渗透系数隶属函数：x表示地层渗透系数；泥水平衡盾构机土层颗粒级配隶属函数：x表示细颗粒含量；泥水平衡盾构机地下水压力隶属函数：x表示地下水压；泥水平衡盾构机地表沉降控制值隶属函数：x表示沉降值。在本专利技术的一种优选实施方式中，在步骤S32中选型分段适应度的计算方法为：Di′＝A·R′，其中，Di′表示盾构隧道长度Li的选型分段适应度；A表示权重矩阵；R′表示盾构隧道长度Li的隶属矩阵。在本实施方式中，若A为列矩阵，则将A转换为行矩阵。若A进行矩阵转置，则对R′进行矩阵转置。在本专利技术的一种优选实施方式中，在步骤S4中综合适应度的计算方法为：其中，L表示盾构区间总长度；θ表示将盾构区间分成的总段数；Di′表示盾构隧道长度Li的分段适应度；Li表示盾构区间第i段长度。综上所述，由于采用了上述技术方案，本专利技术能够以较优方式对滨海复杂地层进行掘进。本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明本专利技术的上述和/或本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种滨海复杂地层盾构掘进适应性评价方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1，根据获取的滨海复杂地层盾构掘进中的指标构建υ′个掘进判断矩阵以及对构建的各个掘进判断矩阵赋予掘进判断矩阵权重系数，所述υ′为大于或者等于1的正整数；得到最终掘进判断矩阵；/nS2，将步骤S1中得到的最终掘进判断矩阵利用遗传算法获得最终掘进判断矩阵的掘进权重矩阵；/nS3，若选择土压平衡盾构机，则执行步骤S4；/n若选择泥水平衡盾构机，则执行步骤S5；/n步骤S4包括：/nS41，利用滨海复杂地层盾构掘进中的土压平衡盾构机掘进隶属函数得到土压平衡盾构机掘进隶属矩阵；/nS42，根据步骤S2中得到的掘进权重矩阵以及步骤S41中得到的土压平衡盾构机掘进隶属矩阵，计算土压平衡盾构机掘进适应度：/n若土压平衡盾构机掘进综合适应度大于或者等于预设掘进土压平衡盾构机综合适应度，则土压平衡盾构机按照当前参数运行；/n若土压平衡盾构机掘进综合适应度小于预设掘进土压平衡盾构机综合适应度，则改变土压平衡盾构机掘进参数，返回步骤S3；/n步骤S5包括：/nS51，利用滨海复杂地层盾构掘进中的泥水平衡盾构机掘进隶属函数得到泥水平衡盾构机掘进隶属矩阵；/nS52，根据步骤S2中得到的掘进权重矩阵以及步骤S51中得到的泥水平衡盾构机掘进隶属矩阵，计算泥水平衡盾构机掘进适应度：/n若泥水平衡盾构机掘进综合适应度大于或者等于预设掘进泥水平衡盾构机综合适应度，则泥水平衡盾构机按照当前参数运行；/n若泥水平衡盾构机掘进综合适应度小于预设掘进泥水平衡盾构机综合适应度，则改变泥水平衡盾构机掘进参数，返回步骤S3。/n...

【技术特征摘要】
1.一种滨海复杂地层盾构掘进适应性评价方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，根据获取的滨海复杂地层盾构掘进中的指标构建υ′个掘进判断矩阵以及对构建的各个掘进判断矩阵赋予掘进判断矩阵权重系数，所述υ′为大于或者等于1的正整数；得到最终掘进判断矩阵；
S2，将步骤S1中得到的最终掘进判断矩阵利用遗传算法获得最终掘进判断矩阵的掘进权重矩阵；
S3，若选择土压平衡盾构机，则执行步骤S4；
若选择泥水平衡盾构机，则执行步骤S5；
步骤S4包括：
S41，利用滨海复杂地层盾构掘进中的土压平衡盾构机掘进隶属函数得到土压平衡盾构机掘进隶属矩阵；
S42，根据步骤S2中得到的掘进权重矩阵以及步骤S41中得到的土压平衡盾构机掘进隶属矩阵，计算土压平衡盾构机掘进适应度：
若土压平衡盾构机掘进综合适应度大于或者等于预设掘进土压平衡盾构机综合适应度，则土压平衡盾构机按照当前参数运行；
若土压平衡盾构机掘进综合适应度小于预设掘进土压平衡盾构机综合适应度，则改变土压平衡盾构机掘进参数，返回步骤S3；
步骤S5包括：
S51，利用滨海复杂地层盾构掘进中的泥水平衡盾构机掘进隶属函数得到泥水平衡盾构机掘进隶属矩阵；
S52，根据步骤S2中得到的掘进权重矩阵以及步骤S51中得到的泥水平衡盾构机掘进隶属矩阵，计算泥水平衡盾构机掘进适应度：
若泥水平衡盾构机掘进综合适应度大于或者等于预设掘进泥水平衡盾构机综合适应度，则泥水平衡盾构机按照当前参数运行；
若泥水平衡盾构机掘进综合适应度小于预设掘进泥水平衡盾构机综合适应度，则改变泥水平衡盾构机掘进参数，返回步骤S3。


2.根据权利要求1所述的滨海复杂地层盾构掘进适应性评价方法，其特征在于，步骤S1～S5替换为：
S1，若选择土压平衡盾构机，则执行步骤S2；
若选择泥水平衡盾构机，则执行步骤S3；
步骤S2包括：
S21，利用滨海复杂地层盾构掘进中的土压平衡盾构机掘进隶属函数得到土压平衡盾构机掘进隶属矩阵；
S22，根据获取的滨海复杂地层盾构掘进中的指标构建υ′个掘进判断矩阵以及对构建的各个掘进判断矩阵赋予掘进判断矩阵权重系数，所述υ′为大于或者等于1的正整数；得到最终掘进判断矩阵；
S23，将步骤S22中得到的最终掘进判断矩阵利用遗传算法获得最终掘进判断矩阵的掘进权重矩阵；
S24，根据步骤S23中得到的掘进权重矩阵以及步骤S21中得到的土压平衡盾构机掘进隶属矩阵，计算土压平衡盾构机掘进适应度：
若土压平衡盾构机掘进综合适应度大于或者等于预设掘进土压平衡盾构机综合适应度，则土压平衡盾构机按照当前参数运行；
若土压平衡盾构机掘进综合适应度小于预设掘进土压平衡盾构机综合适应度，则改变土压平衡盾构机掘进参数，返回依次执行步骤S21、S24；
步骤S3包括：
S31，利用滨海复杂地层盾构掘进中的泥水平衡盾构机掘进隶属函数得到泥水平衡盾构机掘进隶属矩阵；
S32，根据获取的滨海复杂地层盾构掘进中的指标构建υ′个掘进判断矩阵以及对构建的各个掘进判断矩阵赋予掘进判断矩阵权重系数，所述υ′为大于或者等于1的正整数；得到最终掘进判断矩阵；
S33，将步骤S32中得到的最终掘进判断矩阵利用遗传算法获得最终掘进判断矩阵的掘进权重矩阵；
S34，根据步骤S33中得到的掘进权重矩阵以及步骤S31中得到的泥水平衡盾构机掘进隶属矩阵，计算泥水平衡盾构机掘进适应度：
若泥水平衡盾构机掘进综合适应度大于或者等于预设掘进泥水平衡盾构机综合适应度，则泥水平衡盾构机按照当前参数运行；
若泥水平衡盾构机掘进综合适应度小于预设掘进泥水平衡盾构机综合适应度，则改变泥水平衡盾构机掘进参数，返回依次执行步骤S31、S34。


3.根据权利要求1所述的滨海复杂地层盾构掘进适应性评价方法，其特征在于，在步骤S1中，最终掘进判断矩阵的计算方法为：



其中，表示赋予掘进权重第I′系数ξI′′的第i个掘进判断矩阵；即是表示赋予掘进权重第1系数ξ1′的第i个掘进判断矩阵；表示赋予掘进权重第2系数ξ2′的第i个掘进判断矩阵；表示赋予掘进权重第3系数ξ3′的第i个掘进判断矩阵；……；表示赋予掘进权重第I系数ξI′的第i个掘进判断矩阵；I′＝1,2,3,...,I；
ξI′′表示掘进权重第I′系数；即是ξ1′表示掘进权重第1系数；ξ2′表示掘进权重第2系数；ξ3′表示掘进权重第3系数；……；ξI′表示掘进权重第I系数；
υI′′表示赋予掘进权重第I′系数ξI′′掘进判断矩阵的总个数；即是υ1′表示赋予掘进权重第1系数ξ1′掘进判断矩阵的总个数；υ2′表示赋予掘进权重第2系数ξ2′掘进判断矩阵的总个数；υ3′表示赋予掘进权重第3系数ξ3′掘进判断矩阵的总个数；……；υI′表示赋予掘进权重第I系数ξI′掘进判断矩阵的总个数；

υI′′∈{0,1,2,...,υ′}；即是υ1′∈{0,1,2,...,υ′}，υ2′∈{0,1,2,...,υ′}，υ3′∈{0,1,2,...,υ′}，……，υI′∈{0,1,2,...,υ′}

ξI′′∈[0,1]；即是ξ1′∈[0,1]，ξ2′∈[0,1]，ξ3′∈[0,1]，……，ξI′∈[0,1]
υ′表示判断矩阵的总个数。


4.根据权利要求3所述的滨海复杂地层盾构掘进适应性评价方法，其特征在于，



其中，表示赋予掘进权重第1系数ξ1′的第i个掘进判断矩阵；

表示赋予掘进权重第2系数ξ2′的第i个掘进判断矩阵；

表示赋予掘进权重第3系数ξ3′的第i个掘进判断矩阵；
ξ1′表示掘进权重第1系数；
ξ2′表示掘进权重第2系数；
ξ3′表示掘进权重第3系数；
υ1′表示赋予掘进权重第1系数ξ1′掘进判断矩阵的总个数；
υ2′表示赋予掘进权重第2系数ξ2′掘进判断矩阵的总个数；
υ3′表示赋予掘进权重第3系数ξ3′掘进判断矩阵的总个数；

υ1′∈{0,1,2,...,υ′}，υ2′∈{0,1,2,...,υ′}，υ3′∈{0,1,2,...,υ′}；

ξ1′∈[0,1]，ξ2′∈[0,1]，ξ3′∈[0,1]；
υ′表示判断矩阵的总个数。


5.根据权利要求4所述的滨海复杂地层盾构掘进适应性评价方法，其特征在于，ξ1′＝0.5，ξ2′＝0.3，ξ1′＝0.2；



其中，表示赋予掘进权重第1系数ξ1′的第i个掘进判断矩阵；

表示赋予掘进权重第2系数ξ2′的第i个掘进判断矩阵；

表示赋予掘进权重第3系数ξ3′的第i个掘进判断矩阵；
υ1′表示赋予掘进权重第1系数ξ1′掘进判断矩阵的总个数；
υ2′表示赋予掘进权重第2系数ξ2′掘进判断矩阵的总个数；
υ3′表示赋予掘进权重第3系数ξ3′掘进判断矩阵的总个数；

υ1′∈{0,1,2,...,υ′}，υ2′∈{0,1,2,...,υ′}，υ3′∈{0,1,2,...,υ′}；
υ′表示判断矩阵的总个数。


6.根据权利要求1所述的滨海复杂地层盾构掘进适应性评价方法，其特征在于，在步骤S2中包括以下步骤：
S21，初始化：根据目标函数构造的适应度值函数选择恰当的编码方式，设置当前进化迭代次数为0，最大进化迭代次数为G，随机生成NP个个体构成的初始种群P(0)；
S22，个体适应度值计算：计算种群P(t)中每个个体的适应度值；
S23，选择操作：基于步骤S22计算的个体适应度值，通过选择算子筛选适应度值高的优良个体到P(t+1)代种群；
S24，交叉操作：随机选中两个个体，采用交叉算子以交叉概率Pc交换两者之间的部分编码字符；
S25，变异操作：随机选中一个个体，采用变异算子以变异概率Pm使个体某一个或者某一些等位基因发生改变；
S26，生成子代种群：把通过选择算子筛选的种群P(t)以及通过交叉、变异生成的新个体放在下一代种群P(t+1)中；
S27，判断算法是否满足终止条件：若t≤G，返回步骤S22；否则，输出最优个体解码后的值，算法结束。


7.根据权利要求6所述的滨海复杂地层盾构掘进适应性评价方法，其特征在于，在步骤S21中，NP＝5000，G＝1000；编码方式采用二进制编码；
或/和在步骤S22中，适应度值函数的计算方法为：



f(i)′为第i个个体适应度值函数；f(i)为第i个个体目标函数；
或/和在步骤S23中包括以下步骤：
S231，计算父代中个体被选取进行交叉操作产生子代的概率p(i)，



将父代中个体被选取进行交叉操作产生子代的概率p(i)排名在前ζ％的个体直接不参与遗传操作而直接进入步骤S26，所述ζ为小于或者等于30的正数；
S232，计算父代中个体被选取进行交叉操作产生子代的累计概率q(i)，



把0～1中随机产生的随机数r与累计概率q(i)比较大小，若q(i-1)＜r＜q(i)，则选中父代种群中第i个个体进行交叉操作；
或/和在步骤S24中，交叉概率Pc的计算方法为：



其中，Pcmax为最大交叉概率；f为当前选中个体的适应度；fmin为当代种群中最的适应度；fmax为当代种群中最大的适应度；k1为交叉概率调整系数；
或/和在步骤S25中，变异概率Pm的计算方法为：



其中，Pmm...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄明，宋勤，刘素云，王更峰，李庆京，孙春明，
申请(专利权)人：中铁十一局集团第四工程有限公司，福州大学，中铁十一局集团有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42