[发明专利]基于LGBM-NSGA-Ⅲ的盾构近接施工参数多目标优化方法及设备

权利要求书

1.一种基于LGBM-NSGA-Ⅲ的盾构近接施工参数多目标优化方法，其特征在于，包括：构建盾构施工参数指标体系，并获取实时监测数据；构建并训练LGBM回归模型，根据实时监测数据，采用LGBM回归模型对盾构施工引起近接既有隧道变形进行预测；构建LGBM-NSGA-Ⅲ多目标优化模型，将LGBM回归函数与刀盘磨损和盾构能耗进行结合，作为NSGA-Ⅲ优化施工参数的多个目标函数，根据多个目标函数对近接既有隧道变形、刀盘磨损和盾构能耗进行优化；根据得到的Pareto最优解集，确定满足近接既有隧道变形、刀盘磨损和盾构能耗最优的盾构施工参数控制范围；

作为NSGA-Ⅲ优化近接既有隧道变形的多个目标函数，包括：

其中，为近接既有隧道变形最小值；min为取最小值；为LGBM回归函数；X₁为注浆量；X₂为刀盘转速；X₃为总推力；X₄为注浆压力；X₅为刀盘扭矩；X₆为土压力；X₇为渣土量；X₈为泡沫剂；X₉为掘进速度；

作为NSGA-Ⅲ优化近接既有隧道变形的多个目标函数，还包括：

其中，为刀盘磨损的目标函数；为刀盘磨损量；为动态因素；为刀盘半径；为隧道单环宽度；为经验系数；UCS为无侧向抗压强度；

作为NSGA-Ⅲ优化近接既有隧道变形的多个目标函数，还包括：

其中，为盾构能耗的目标函数；E为盾构能耗；t为时长。

2.根据权利要求1所述的基于LGBM-NSGA-Ⅲ的盾构近接施工参数多目标优化方法，其特征在于，所述根据实时监测数据，采用LGBM回归模型对盾构施工引起近接既有隧道变形进行预测，包括：对数据样本集进行划分，随机选取指定比例的样本作为训练集，剩下的样本作为测试集，对LGBM回归模型进行参数优化和预测精度分析，采用均方根误差和拟合优度对LGBM回归模型预测的准确性进行评价。

3.根据权利要求1所述的基于LGBM-NSGA-Ⅲ的盾构近接施工参数多目标优化方法，其特征在于，所述根据多个目标函数对近接既有隧道变形、刀盘磨损和盾构能耗进行优化，包括：采用遗传算子对第一种群进行遗传，得到第二种群，将所述第一种群与第二种群混合，得到第三种群，对第三种群进行非支配排序，得到非支配层级的个体，将非支配层级的个体加入下一子代集合中，直到所述下一子代集合的规模大于初步设置的规模，并记录此时的非支配层级；获取多个目标函数中每一目标维度上的最小值，得到理想点集合，并对每个目标函数进行标量化，搜索标量化后的目标函数的极值点，得到极值点在坐标轴上的截距，并对所述截距进行归一化；获取标量化后的多个目标函数上的参考点，构建参考点向量，并针对每一种群个体遍历所有参考点向量，找到距离每个种群个体最近的参考点；对每个参考点进行遍历，寻找到被引用次数最少的参考点，若有种群个体被关联到引用次数最少的参考点向量，从中寻找距离最小的种群个体并抽取，将抽取的种群个体加入到下一代种群中，被引用次数加一，如果没有种群个体关联到引用次数最少的参考点，则删除引用次数最少的参考点，直到种群规模达到预设阈值为止，种群规模达到预设阈值的种群即为Pareto最优解集。

4.根据权利要求3所述的基于LGBM-NSGA-Ⅲ的盾构近接施工参数多目标优化方法，其特征在于，所述根据得到的Pareto最优解集，确定满足近接既有隧道变形、刀盘磨损和盾构能耗最优的盾构施工参数控制范围，包括：针对盾构隧道穿越岩溶地区的实地工况，根据Pareto最优解集得到的参数范围，得到岩溶地区盾构施工参数设定范围控制建议值。