近日，西安建筑科技大學(xué)土木工程學(xué)院宋戰(zhàn)平教授“隧道與地下工程創(chuàng)新”團(tuán)隊(duì)在巖質(zhì)地層懸臂掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)性能的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)方面取得新進(jìn)展，相關(guān)研究成果發(fā)表在《巖石力學(xué)與巖石工程》上。

在城市地鐵隧道的建設(shè)中，機(jī)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(jī)械施工方法，但是盾構(gòu)對(duì)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(jìn)行掘進(jìn)。懸臂掘進(jìn)機(jī)隧道施工技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，與大多數(shù)其他機(jī)械相比，懸臂掘進(jìn)機(jī)具有連續(xù)掘進(jìn)、施工擾動(dòng)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(diǎn)，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(jìn)機(jī)在城市地鐵隧道施工中廣泛應(yīng)用，巖質(zhì)地層懸臂掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)性能的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)已成為研究的熱點(diǎn)，同時(shí)也是其在隧道工程中成功應(yīng)用的關(guān)鍵。

白云巖掘進(jìn)段預(yù)測(cè)結(jié)果。（圖片均由課題組提供）

研究以貴陽市軌道交通一號(hào)線和三號(hào)線為背景，對(duì)掘進(jìn)機(jī)施工性能和掘進(jìn)特性進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，建立了硬巖懸臂掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)性能預(yù)測(cè)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(duì)DBN模型的輸入?yún)?shù)進(jìn)行優(yōu)化，提出了基于PCA-DBN的硬巖懸臂掘進(jìn)機(jī)性能預(yù)測(cè)模型。基于貴陽市軌道交通一號(hào)線掘進(jìn)數(shù)據(jù)對(duì)構(gòu)建的新模型進(jìn)行訓(xùn)練和預(yù)測(cè)，并通過貴陽市軌道交通三號(hào)線現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)測(cè)試分析驗(yàn)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(jìn)機(jī)性能預(yù)測(cè)模型，能夠根據(jù)工程實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)掌子面前方地層掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)性能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、連續(xù)預(yù)測(cè)。與DBN模型的對(duì)比分析證明構(gòu)建的PCA-DBN預(yù)測(cè)新模型準(zhǔn)確性優(yōu)于DBN模型，能更好地適應(yīng)復(fù)雜多變的地質(zhì)條件。