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隧道建设(中英文) ›› 2026, Vol. 46 ›› Issue (8): 1628-1639.DOI: 10.3973/j.issn.2096-4498.2026.08.004
陶赞旭1, 2, 王健3, 吴贤国4, 李士范4, 黄冯锦4, 李文健4, *
TAO Zanxu1, 2, WANG Jian3, WU Xianguo4, LI Shifan4, HUANG Fengjin4, LI Wenjian4, *
摘要: 为提升大直径泥水平衡盾构在复杂地层中掘进的安全稳定性,提出一种融合图注意力网络(graph attention networks,GAT)、长短期记忆网络(long short-term memory,LSTM)、多目标海洋捕食者算法(multi-objective marine predators algorithm,MOMPA)与优劣解距离法(technique for order preference by similarity to ideal solution,TOPSIS)的混合智能优化框架,实现大直径泥水平衡盾构安全稳定性多目标的预测与优化。为实现盾构施工参数的实时调控,提供倾覆力矩、俯仰角与滚动角的多目标动态协同优化途径。首先,基于武汉轨道交通12号线工程大直径泥水平衡盾构隧道施工数据,构建涵盖12项关键施工参数与3项安全稳定性指标的数据库,并通过数据清洗、归一化与序列重构完成预处理; 然后,开发GAT-LSTM时空混合预测模型,建立施工参数与安全指标之间的非线性映射关系,作为MOMPA算法的适应度函数; 在此基础上,集成MOMPA与TOPSIS方法,实现多目标帕累托解集的生成与最优施工参数的实时选取,并通过历史优化值滚动更新的策略,实现动态在线优化。最后通过实例验证表明: 1)GAT-LSTM模型对倾覆力矩、俯仰角与滚动角的预测精度较高,测试集预测精度R2分别达到0.919、0.923与0.976; 2)所提GAT-LSTM-MOMPA-TOPSIS混合优化方法能显著降低各安全指标值,平均优化幅度为18.0%,其中倾覆力矩、俯仰角与滚动角分别降低19.4%、7.9%与26.6%; 3)与传统静态优化方法相比,所提动态优化策略的总体性能提升约11%。