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隧道建设(中英文) ›› 2024, Vol. 44 ›› Issue (8): 1587-1598.DOI: 10.3973/j.issn.2096-4498.2024.08.006
陈礼博1, 张明书1, 陈海勇1, 吴贤国2, 曹源2, *
Analysis and Optimal Control of Shield Tunnel Construction Parameters Using Categorical Boosting-Nondominated Sorting Genetic Algorithm-Ⅲ
CHEN Libo1, ZHANG Mingshu1, CHEN Haiyong1, WU Xianguo2, CAO Yuan2, *
(1. China Railway Development and Investment Group, Kunming 650500, Yunnan, China; 2. School of Civil and Hydraulic Engineering, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074, Hubei, China)
摘要: 由于盾构在施工过程中受环境、设备和作业等不确定因素的影响,导致隧道开挖的安全性、效率和成本难以协调。针对这种情况,以武汉轨道交通某标段施工为依托,采用基于梯度增强(CatBoost)和非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅲ)的混合算法,在全面考虑掘进效率、成本、安全风险等因素的基础上,选择以推进速度、掘进比能、刀具磨损量为目标,构建施工参数智能控制决策系统。首先,通过CatBoost回归模型预测盾构隧道推进速度、掘进比能和刀具磨损量,得到控制目标的适应度函数; 然后,基于CatBoost预测模型构建的适应度函数,利用CatBoost-NSGA-Ⅲ进行施工参数的多目标优化; 最后,通过模糊决策法从多个Pareto最优解集中选出最佳的施工参数组合,为隧道盾构掘进参数智能预测与优化提供参考。结果表明: 1)Catboost可以进行模型精准预测,拟合优度R2大于0.9,均方根误差RMSE和平均绝对误差MAE较小; 2)Catboost-NSGA-Ⅲ多目标优化,模糊决策法确定最优方案。经过优化,相较于实测数据的平均值,掘进比能和刀具磨损量分别降低5.3%和13.5%、掘进速度提升6.3%,为盾构隧道的智能化掘进控制和管理决策提供依据。