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盾构施工下穿既有隧道安全风险分析与控制
| 论文题名： | 盾构施工下穿既有隧道安全风险分析与控制 |
| 关键词： | 既有隧道;盾构下穿施工;安全风险评价;多目标优化 |
| 摘要： | 盾构下穿工程存在较大风险，针对控制盾构下穿既有隧道施工产生风险的关键问题进行研究，首先基于控制既有隧道变形研究施工参数多目标优化调控，然后针对下穿施工对盾构姿态要求更严格问题进行进一步深入研究，最后对盾构施工下穿工程安全风险进行实时评价分析，主要工作和成果如下： （1）为了优化调节施工参数以控制既有隧道变形，开发了一种将粒子群算法（PSO）、随机森林（RF）与非支配排序遗传算法（NSGA-Ⅱ）相结合的PSO-RF-NSGA-Ⅱ多目标优化框架。采用PSO-RF模型预测既有隧道拱底竖向和横向位移，获取施工参数与拱底竖向和横向位移的非线性映射关系，作为NSGA-Ⅱ算法的适应度函数，通过多目标优化提出盾构施工参数范围建议值，结果表明建立的PSO-RF-NSGA-Ⅱ框架有效控制了既有隧道变形。 （2）为了有效控制盾构姿态以避免盾构前倾变形、蛇形、轴线偏离以及纠偏造成对近接隧道过大影响，需要对盾构姿态进行精准预测和有效控制。对比研究了BP神经网络、支持向量机、随机森林和 LightGBM 四种机器学习算法盾构下穿姿态预测问题上的性能差异，结果表明 LightGBM 模型预测效果最好，实现盾构姿态精准预测。通过特征重要性排序并结合工程实际，选取了千斤顶推力，土仓压力、刀盘扭矩和掘进速度相关指标优化调整，实现对盾构姿态的控制。 （3）为对盾构施工下穿工程安全风险进行分析与管理，提出将copula理论和贝叶斯网络相结合的GCBN模型，基于故障树构建了包括12个因素的施工安全风险指标体系，确定各风险因素最优边际分布和因素间相关系数，通过模型计算确定了隧道的施工安全风险状态，通过分析确定敏感性因素并提出控制施工安全风险的建议，实现盾构隧道下穿施工过程实时动态安全预警管控。 |
| 作者： | 王雷 |
| 专业： | 土木工程建造与管理 |
| 导师： | 吴贤国 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 华中科技大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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