近日，西安建筑科技大學土木工程學院宋戰(zhàn)平教授“隧道與地下工程創(chuàng)新”團隊在巖質(zhì)地層懸臂掘進機掘進性能的準確預測方面取得新進展，相關(guān)研究成果發(fā)表在《巖石力學與巖石工程》上。

在城市地鐵隧道的建設(shè)中，機械開挖法被優(yōu)先考慮。盾構(gòu)是目前地鐵隧道施工中常用的一種機械施工方法，但是盾構(gòu)對不良地質(zhì)地層適應(yīng)性較差，特別是在巖溶地層以及軟硬不均勻地層中甚至難以按軸線進行掘進。懸臂掘進機隧道施工技術(shù)應(yīng)運而生，與大多數(shù)其他機械相比，懸臂掘進機具有連續(xù)掘進、施工擾動小、施工效率高，有利于圍巖穩(wěn)定性控制以及在城市地鐵使用中引起的地面沉降量小的特點，因此被廣泛應(yīng)用在巖質(zhì)地層的城市地鐵工程施工中。隨著懸臂掘進機在城市地鐵隧道施工中廣泛應(yīng)用，巖質(zhì)地層懸臂掘進機掘進性能的準確預測已成為研究的熱點，同時也是其在隧道工程中成功應(yīng)用的關(guān)鍵。

白云巖掘進段預測結(jié)果。（圖片均由課題組提供）

研究以貴陽市軌道交通一號線和三號線為背景，對掘進機施工性能和掘進特性進行現(xiàn)場調(diào)查和數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析，建立了硬巖懸臂掘進機掘進性能預測的數(shù)據(jù)庫。將主成分分析法（PCA）引入深度置信網(wǎng)絡(luò)算法（DBN），對DBN模型的輸入?yún)?shù)進行優(yōu)化，提出了基于PCA-DBN的硬巖懸臂掘進機性能預測模型。基于貴陽市軌道交通一號線掘進數(shù)據(jù)對構(gòu)建的新模型進行訓練和預測，并通過貴陽市軌道交通三號線現(xiàn)場數(shù)據(jù)測試分析驗證了構(gòu)建模型的合理、可行性。結(jié)果表明，基于PCA-DBN的硬巖懸臂掘進機性能預測模型，能夠根據(jù)工程實測數(shù)據(jù)對掌子面前方地層掘進機掘進性能實現(xiàn)實時、連續(xù)預測。與DBN模型的對比分析證明構(gòu)建的PCA-DBN預測新模型準確性優(yōu)于DBN模型，能更好地適應(yīng)復雜多變的地質(zhì)條件。