基于AM-BiLSTM模型的块石回填土区盾构姿态预测研究

作者：汪来; 王树英^*; 潘秋景; 肖超

来源：铁道科学与工程学报, 2023, 20(08): 2948-2960.

DOI：10.19713/j.cnki.43-1423/u.t20221565

• 盾构隧道
• 块石回填土
• 盾构姿态
• AM-BiLSTM

为了解决盾构机在穿越块石回填土区段姿态难以控制的难题，依托重庆地铁5号线北延伸段中～椿区间穿越块石回填土层工程实例，建立基于注意力机制的双向长短时记忆神经网络(AM-BiLSTM)，对掘进过程中的盾构姿态进行预测，将模型预测结果与传统双向长短时记忆神经网络(BiLSTM)、长短时记忆神经网络(LSTM)进行对比，并对AM-BiLSTM模型的现场应用效果进行检验，最后总结了块石回填土区盾构姿态调整的针对性措施。研究结果显示：AM-BiLSTM模型对盾构姿态具有良好的预测性能，盾首垂直和水平偏差在测试集上的预测准确率分别为72%和86%，盾尾垂直和水平偏差在测试集上的预测准确率分别为88%和96%;AM-BiLSTM模型与BiLSTM,LSTM对盾构姿态的预测效果存在差异，其中，AMBiLSTM模型在测试集上的平均预测准确率最高，BiLSTM的平均预测准确率次之，LSTM的平均预测准确率最低；通过AM-BiLSTM模型预测盾构姿态，结合盾构姿态调整的工程措施，盾首平均垂直、水平偏差较未应用AM-BiLSTM模型时分别降低47.9%和35.8%，盾尾平均垂直、水平偏差较未应用AM-BiLSTM模型时分别降低8.9%和4.8%；块石回填土区盾构姿态调整的工程措施包括：通过减小盾构推力、提高刀盘转速和减小刀盘扭矩的方式，加大刀具对孤石的切削、冲击频率；采取地面注浆、旋喷等辅助注浆加固手段对工作面进行加固，减小盾构掘进的不均匀阻力；控制盾构掘进速度在35～50 mm/min并采取短行程多循环的方式进行掘进；及时靠拢千斤顶并拧紧纵、环向螺栓，当成环管片推出盾尾后，根据拼装后的圆环椭圆度，再次复紧纵、环向螺栓。

• 单位
  中南大学; 中建五局土木工程有限公司; 土木工程学院