一种盾构掘进诱发地面塌陷的动态智能预警方法技术

本发明专利技术公开了一种盾构掘进诱发地面塌陷的智能动态预警方法，包括以下步骤：数据获取、特征提取、模型建立、预测预警。数据获取包括获取工程地质条件、水文地质条件、隧道几何特征、盾构施工参数等特征因素和地面沉降数据；特征提取通过随机森林模型提取主要特征；模型建立使用多因素泰勒级数扩展卡尔曼滤波融合特征因素，通过差分进化算法优化各特征因素权重系数；预测预警利用模型预测下一时间步地面沉降，依据梯度比准则识别灾变奇点，进行地面塌陷预警。本发明专利技术结合多源数据融合技术和灾变理论，用以解决盾构机穿越复合地层时难以预警地面塌陷灾害的问题，辅助盾构控制中心参数设置与决策，提升施工安全与效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及地质灾害监测预警，主要涉及一种盾构掘进诱发地面塌陷的智能动态预警方法。

技术介绍

1、伴随城市化进程加快，开发利用地下空间的重要性日益凸显。盾构法作为一种相对成熟的地下工程施工技术，因其安全性高、掘进速度快、环境污染小等优点而得到广泛应用。但盾构机在线性长距离穿越复合地层时容易出现刀具磨耗、刀盘中心结泥饼、盾构姿态控制难、地表沉降过大、管片错台、上浮等问题，甚至会造成盾构机掘进速度缓慢、盾构机停机卡顿、渣土超挖最终发展成地面塌陷，对周边建(构)筑物或深埋浅埋管线及人民群众的安全构成严重威胁。

2、传统盾构施工由项目自主把控，技术人员依靠经验设置参数、驾驶盾构机，劳动强度大且人-机-环境之间的理解与协作水平受限，在遭遇掘进界面失稳导致地面塌陷等极端工况时难以做出快速且有效的应对。为此，未来大直径盾构施工呈现智能化、信息化、无人化的趋势。其中，对盾构机施工掘进产生的海量数据进行信息获取、识别与分析，进而对地面沉降、地面塌陷进行预测和预警，是盾构机智慧化施工技术的关键支撑。

3、现有预测地面沉降的方法主要有经验法、解析解、数本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种盾构掘进诱发地面塌陷的智能动态预警方法，其特征在于，包括以下步骤：数据获取、特征提取、模型建立、预测预警；所述数据获取包括：在地质勘察阶段获取工程地质条件和水文地质条件，在隧道设计阶段获取隧道几何特征，在盾构施工阶段获取盾构施工参数和地面沉降数据，构建特征集；所述特征提取利用随机森林算法计算各特征因素在不同时间对地表沉降的重要性，取最重要的若干因素和时间因素作为主要特征；所述模型建立用于建立地面沉降动态预测模型；所述预测预警根据建立的地面沉降动态预测模型以迭代预测下一时间步的沉降量，并根据梯度比准则识别灾变奇点，对地面塌陷发出预警信号。

2.根据权利要求1所述的一种盾...

【技术特征摘要】

1.一种盾构掘进诱发地面塌陷的智能动态预警方法，其特征在于，包括以下步骤：数据获取、特征提取、模型建立、预测预警；所述数据获取包括：在地质勘察阶段获取工程地质条件和水文地质条件，在隧道设计阶段获取隧道几何特征，在盾构施工阶段获取盾构施工参数和地面沉降数据，构建特征集；所述特征提取利用随机森林算法计算各特征因素在不同时间对地表沉降的重要性，取最重要的若干因素和时间因素作为主要特征；所述模型建立用于建立地面沉降动态预测模型；所述预测预警根据建立的地面沉降动态预测模型以迭代预测下一时间步的沉降量，并根据梯度比准则识别灾变奇点，对地面塌陷发出预警信号。

2.根据权利要求1所述的一种盾构掘进诱发地面塌陷的智能动态预警方法，其特征在于，所述工程地质条件为复合地层岩土体力学参数，包括重度、杨氏模量、摩擦角、黏聚力、岩层比例系数；所述水文地质条件为水文参数，包括地下水位；所述隧道几何特征包括隧道埋深、隧道直径、隧道间距；所述盾构施工参数包括经由传感器网络获取盾构推力、扭矩、穿透速度、土仓压力、注浆压力、土体损失量、盾构机工作状态。

3.根据权利要求1所述的一种盾构掘进诱发地面塌陷的智能动态预警方法，其特征在于，所述随机森...

【专利技术属性】
技术研发人员：张巍，吉虎，朱鸿鹄，徐文瀚，何煦，宋哈尔·霍依西，自建军，谭道远，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：