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隧道建设(中英文) ›› 2026, Vol. 46 ›› Issue (S1): 283-293.DOI: 10.3973/j.issn.2096-4498.2026.S1.025
付海南1, 周雄1, 2, *, 杨江波1, 刘晓洋1, 蔡昊3
FU Hainan1, ZHOU Xiong1, 2, *, YANG Jiangbo1, LIU Xiaoyang1, CAI Hao3
摘要: 为实现盾构渣土改良效果的精准预测与参数智能设计,融合机器学习与逆向推理,提出一种混合建模方法。以沈阳地铁3号线工程砂土为对象,首先,通过室内试验构建包含120组数据的数据集,涵盖有效粒径、泡沫注入比、泥浆质量分数及泥浆注入比等关键参数;然后,系统比较6种机器学习算法在预测渣土坍落度与渗透系数方面的性能,并基于SHAP(Shapley additive explanations)方法进行特征重要性解析;最后,针对参数逆向设计中存在的过拟合与解不唯一等问题,提出一种支持向量回归-反向传播神经网络(support vector regression-back propagation neural network,SVR-BPNN)混合建模策略,通过BP(back propagation)神经网络生成参数组合,并利用支持向量回归模型(SVR)进行校验与迭代优化。研究结果表明: 1)在坍落度与渗透系数的预测任务中,支持向量回归模型表现最优,预测精度高且稳健性强; 2)SHAP解释性分析显示,有效粒径是影响改良效果的最关键因素,不同输出变量对输入特征的敏感性存在显著差异; 3)所提出的SVR-BPNN混合模型有效缓解了逆向设计中的过拟合问题,提升了参数组合的可行性与可靠性; 4)该模型在沈阳地铁3号线工程中成功应用,以目标坍落度200 mm和渗透系数2.0×10-5 cm/s为输入,反演得到满足误差要求的改良剂参数,现场实测结果与目标值吻合良好,盾构掘进过程顺畅,验证了模型在实际工程中的有效性与实用价值。