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隧道建设(中英文) ›› 2024, Vol. 44 ›› Issue (8): 1576-1586.DOI: 10.3973/j.issn.2096-4498.2024.08.05
刘四进
(中铁十四局集团有限公司, 山东 济南 250101)
Monitoring Method for Shield Tunneling Operations Based on a Double-Layer Long Short-Term Memory Network
LIU Sijin
摘要:
为降低盾构隧道施工过程中对施工人员经验的依赖程度,提高施工的安全性和稳定性,提出基于双层长短期记忆网络(long short-term memory, LSTM)的盾构掘进运行状态监测方法。首先,在建模之前对数据进行预处理,结合极致梯度提升(XGBoost)算法和经验知识,从运行变量中筛选出推力、贯入度、转矩、推进速度等各模块重要的特征变量及其相关变量,以此作为盾构掘进运行状态监测模型的输入,并以盾构关键特征变量作为监测模型的输出;然后,采用深度学习方法,建立双层LSTM故障监测模型,提取环内以及环间的时序关联特征,构建监测统计量T2和Espe,对不同情况下的数据设定不同的监测策略;最后,将模型应用于济南黄河隧道东线工程中,对本文所建立的模型进行验证,并与无时序特征学习的自动编码器模型AE(auto encoder)、单层LSTM模型以及其他算法的监测效果进行比较。研究结果表明: 对于正常掘进环,双层LSTM方法的误报率<1.25%;对于掘进状态异常环,双层LSTM的监测准确率达到91.6%,验证了本文方法对于盾构隧道掘进运行状态监测的有效性。