[发明专利]一种盾构施工中地面沉降量与掘进参数的关联关系方法

权利要求书

1.一种盾构施工地面沉降量与掘进参数的关联关系方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)对盾构施工的历史数据进行预处理：

(1a)从数据库中选取盾构施工的历史盾构掘进参数数据集、历史地质参数数据集和历史地面沉降量数据集，历史盾构掘进参数数据集包括K种特征掘进参数数据，历史地质参数数据集包含L种特征地质参数数据，历史地面沉降量数据集包含R种特征沉降参数数据；

(1b)对历史的地质参数数据和掘进参数数据分别进行空值填充，并去除空值填充得到的完整历史地质参数数据和完整历史掘进参数数据中的异常值后进行归一化，得到预处理后的历史地质参数数据和预处理后的历史掘进参数数据；同时对历史的地面沉降量数据进行空值填充后再进行异常值去除，得到预处理后的历史地面沉降量数据；

(2)获取施工参数数据集：

将均包含盾构机机型为X、盾构机埋深为Y、地质结构为Z种的预处理后的历史掘进参数数据、历史地质参数数据和历史地面沉降量数据作为施工参数数据集；

(3)获取每种特征掘进参数的建议值范围：

计算历史盾构掘进参数数据集中k种特征掘进参数的正态分布，并将每种正态分布中心区域包含的70％的特征掘进参数作为k种特征掘进参数的建议值，得到K种特征掘进参数的建议值，然后将k种特征掘进参数的建议值中的最小值B_min和最大值B_max所确定的范围[B_min，B_max]，作为k种特征掘进参数的建议值范围；

(4)获取影响地面沉降的参数数据：

(4a)将从施工参数数据集中分别随机抽取70％的预处理后的历史掘进参数数据和历史地质参数数据表示为x，将从施工参数数据集中分别随机抽取70％的预处理后的历史地面沉降量数据表示为y；

(4b)将x和y分别作为基于随机森林算法的特征提取模型C₁的输入和输出，计算每种特征地质参数数据的重要度和每种特征掘进参数数据的重要度，并对K种特征掘进参数数据的重要度和L种特征地质参数数据的重要度分别按照从大到小的顺序进行排序，然后选取重要度排名前n的特征地质参数数据和特征掘进参数数据作为特征参数数据集A₁，n表示的是从施工参数数据集中获取特征地质参数数据和特征掘进参数数据的种数，5≤n≤K+L；

(4c)将x和y分别作为基于递归特征消除法的特征提取模型C₂的输入和输出，计算每种特征地质参数数据的重要度和每种特征掘进参数数据的重要度，并对K种特征掘进参数数据的重要度和L种特征地质参数数据的重要度分别按照从大到小的顺序进行排序，然后选取重要度排名前n的特征地质参数数据和特征掘进参数数据作为特征参数数据集A₂；

(4d)将x和y分别作为基于卡方检验的特征提取模型C₃的输入和输出，计算每种特征地质参数数据的重要度和每种特征掘进参数数据的重要度，并对K种特征掘进参数数据的重要度和L种特征地质参数数据的重要度分别按照从大到小的顺序进行排序，然后选取重要度排名前n的特征地质参数数据和特征掘进参数数据作为特征参数数据集A₃；

(4e)筛选A₁、A₂和A₃中同时存在的特征地质参数数据和特征掘进参数数据组成特征数据集A₄，对记录A₄中特征地质参数数据的种数为P，记录A₄中特征掘进参数数据的种数为J；

(4f)令P+J＝m，并判断m＜n是否成立,若是，执行步骤(4a),否则，将特征数据集A₄作为影响地面沉降的参数数据；

(5)对每种特征掘进参数的建议值范围进行优化：

(5a)按照等宽法将影响地面沉降的参数数据A₄中的每种特征掘进参数数据划分为G个区间，得到J种包含G个区间的特征掘进参数数据，同时按照等宽法将每种特征沉降参数数据划分为F个区间，得到R种包含F个区间的预处理后的地面沉降量数据；

(5b)将J种包含G个区间的特征掘进参数数据作为基于多重关联规则CMAR算法的模型A的输入，将R种包含F个区间的预处理后的地面沉降量数据作为基于多重关联规则CMAR算法的模型A的的输出，得到J种特征掘进参数数据的第r个区间与R种特征沉降参数数据的第f个区间的关联关系，1≤r≤G，1≤f≤F；

(5c)将J种特征掘进参数数据的第r个区间为[C_min,C_max]作为J种特征参数数据的参数建议值范围，并将[C_min,C_max]与k种特征掘进参数的建议值范围[B_min，B_max]的交集[D_min,D_max]作为优化后的盾构施工掘进参数建议值；

(6)对地面沉降量进行预测：

(6a)将半数以上的影响地面沉降的参数数据作为训练集样本V₁，将其余影响地面沉降量的参数数据作为测试集样本H₁，将半数以上的预处理后的地面沉降量数据作为训练集样本V₂，将其余预处理后的地面沉降量数据作为测试集样本H₂；

(6b)构建输入为V₁，输出为V₂的基于DNN深度神经网络的地面沉降预测模型M₁，并将测试集样本H₁作为M₁输入得到输出数据集S₁，计算M₁的预测精确度

(6c)判断N₁≥σ或n＝K+L是否成立，若是，将步骤(5)得到的盾构施工掘进参数建议值作为最终的盾构施工参数建议值，否则，令n＝n+1，并执行步骤(4)。

2.根据权利要求1所述的一种盾构施工地面沉降量与掘进参数的关联关系方法，其特征在于，步骤(1a)中所述的历史盾构掘进参数数据集、历史地质参数数据集和历史地面沉降量数据集，各数据集分别包括：

历史盾构掘进参数数据集，包括环号、刀盘扭矩KN.M、刀盘转速rpm、内圈温度℃、外圈温度℃、土压Mpa、仿行刀行程mm、回转角前筒deg、俯仰角前筒deg、总推力KN、总油压Mpa、推进速度mm/Min、千斤顶行程mm、千斤顶速度mm/Min、千斤顶推力KN、螺旋机扭矩KN.M、螺旋皮带机转速rpm、螺旋皮带机压力Mpa、前闸门开度％、后闸门开度％、铰接油压Mpa、铰接行程mm、注浆压力Mpa、注浆量L、铰接水平偏差mm、铰接垂直偏差mm、切口水平偏差mm、切口垂直偏差mm、盾尾水平偏差mm、盾尾垂直偏差mm、盾尾间隙mm；

历史地面沉降量数据集，包括距开挖面0环距轴线距离0米的地面沉降量数据mm；

地质参数数据集，包括土的比mg/m3、空隙m/d、压缩模量、内摩擦角、黏聚力。