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隧道建设(中英文) ›› 2025, Vol. 45 ›› Issue (S1): 318-329.DOI: 10.3973/j.issn.2096-4498.2025.S1.031
基于随机森林和MOPSO-CD的盾构隧道掘进沉降预测与施工参数优化
傅蕾1, 2, 吴惠明3, 黄宏伟1, 2, 张东明1, 2, *, 陈刚3, 李章林3
Settlement Prediction and Construction Parameters Optimization Induced by Shield Tunneling Based on Random Forest and Multi-Objective Particle Swarm Optimization Algorithm-Crowding Distance
FU Lei1, 2, WU Huiming3, HUANG Hongwei1, 2, ZHANG Dongming1, 2, *, CHEN Gang3, LI Zhanglin3
摘要: 在城市建(构)筑物密集区域,准确预测和调控土压平衡盾构施工引起的地面沉降,对保障施工安全、降低环境影响至关重要。为此,提出结合随机森林、遗传算法以及基于拥挤距离的多目标粒子群优化算法,实现盾构施工引起地表沉降预测以及施工参数多目标优化研究。首先,对搜集的盾构工程施工数据进行预处理和相关性分析,建立土压平衡盾构工程施工数据库; 在该数据库的基础上训练随机森林回归模型,采用遗传算法确定最佳超参数组合,获得地表沉降以及推进速度2个智能预测模型。然后,基于对模型输入参数的特征重要度分析,确定8个关键可调施工参数作为待优化参数并建立适应度函数,确定各施工参数约束范围,以最小化沉降及最大化推进速度为目标,采用多目标粒子群算法对土压平衡盾构施工参数进行优化取值。结果表明: 1)建立的地表沉降预测模型R2值为0.937,均方根误差(ERMS)为11.7 mm,能够得到较为准确的实时预测结果; 2)建立的多目标施工参数优化模型给出了各参数的优化取值范围,优化取值后的地表沉降平均值为-4.28 mm,大幅减小为原参数组合下地表沉降平均值的3.5%左右,且推进速度平均值保持在原推进速度58%的水平。