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基于ACO-SVM的TBM引水隧洞锚杆轴力预测研究

王建 王利明 周振梁 路文甲 毛培良

王建, 王利明, 周振梁, 路文甲, 毛培良. 基于ACO-SVM的TBM引水隧洞锚杆轴力预测研究[J]. 岩土工程技术, 2023, 37(5): 532-537. doi: 10.3969/j.issn.1007-2993.2023.05.004
引用本文: 王建, 王利明, 周振梁, 路文甲, 毛培良. 基于ACO-SVM的TBM引水隧洞锚杆轴力预测研究[J]. 岩土工程技术, 2023, 37(5): 532-537. doi: 10.3969/j.issn.1007-2993.2023.05.004
Wang Jian, Wang Liming, Zhou Zhenliang, Lu Wenjia, Mao Peiliang. Research on Axial Force Prediction of Bolt in TBM Headrace Tunnel Based on ACO-SVM[J]. GEOTECHNICAL ENGINEERING TECHNIQUE, 2023, 37(5): 532-537. doi: 10.3969/j.issn.1007-2993.2023.05.004
Citation: Wang Jian, Wang Liming, Zhou Zhenliang, Lu Wenjia, Mao Peiliang. Research on Axial Force Prediction of Bolt in TBM Headrace Tunnel Based on ACO-SVM[J]. GEOTECHNICAL ENGINEERING TECHNIQUE, 2023, 37(5): 532-537. doi: 10.3969/j.issn.1007-2993.2023.05.004

基于ACO-SVM的TBM引水隧洞锚杆轴力预测研究

doi: 10.3969/j.issn.1007-2993.2023.05.004
基金项目: 国家重点研发计划(2020YFB2006804);河南省科技攻关(212102310270);新疆额尔齐斯河流域开发工程建设管理局科研课题(EQ076/FY057);中国中铁股份有限公司科技研究开发计划(2019-重大-10);中铁隧道局集团科技创新计划(隧研合2019-10)
详细信息
    作者简介:

    王 建,男,1984年生,大学本科,高级工程师,主要从事水利工程建设与管理工作。E-mail:39242072@qq.com

    通讯作者:

    王利明,男,1983年生,硕士,高级工程师,主要从事岩土工程、地下工程等领域工程技术方面的工作。E-mail:285690742@qq.com

  • 中图分类号: U 45

Research on Axial Force Prediction of Bolt in TBM Headrace Tunnel Based on ACO-SVM

  • 摘要: 预测隧道锚杆轴力变化趋势,不仅能掌握隧道结构的安全状况,而且对隧道风险预警和应急响应至关重要。基于新疆YEGS输水工程喀双隧洞锚杆轴力监测数据,通过蚁群算法(ACO)和粒子群算法(PSO)优化支持向量机(SVM)模型,预测分析锚杆轴力的变化趋势,研究表明:相比PSO-SVM和传统的SVM预测模型,ACO-SVM预测模型在充分考虑隧道埋深、温度及作用时间等多项非线性影响因素后,求解的预测值与实测值更加接近,相对误差基本在15%以内,平均绝对百分误差仅为5.92,具有较好的鲁棒性,模型的稳定性和泛化能力更强,更加适合TBM隧道锚杆轴力变化趋势的预测分析,具有一定的工程应用和推广价值。

     

  • 图  1  ACO 优化 SVM 流程

    图  2  初期支护结构示意图

    图  3  传感器布设与安装

    图  4  不同位置处锚杆轴力随时间变化曲线

    图  5  锚杆轴力实测值与预测值对比曲线(样本号11—30)

    图  6  锚杆轴力实测值与预测值对比曲线(样本号281—300)

    图  7  不同预测模型锚杆轴力预测值与实测值误差对比图(样本号11—30)

    图  8  不同预测模型锚杆轴力预测值与实测值误差对比图(样本号281—300)

    表  1  锚杆轴力实测数据汇总

    样本号时间
    (月-日 时)
    温度/℃埋深/m历时/h轴力/kN
    拱顶拱肩拱腰
    105-28 0:0023.24324.40.060.030.02
    205-28 3:0023.14327.40.100.050.04
    305-28 6:0023.043210.40.140.070.05
    405-28 9:0022.943213.40.240.100.08
    505-28 12:0022.743216.40.340.120.11
    605-28 15:0022.643219.40.440.160.14
    705-28 18:0022.443222.40.530.200.16
    805-28 21:0022.543225.40.600.270.18
    905-29 0:0022.543228.40.670.340.19
    1005-29 3:0023.243231.40.700.400.22
    29107-03 6:0025.4432874.42.702.061.52
    29207-03 9:0025.1432877.42.742.041.52
    29307-03 12:0024.7432880.42.782.011.51
    29407-03 15:0024.8432883.42.792.001.58
    29507-03 18:0024.8432886.42.791.991.65
    29607-03 21:0025432889.42.762.061.59
    29707-04 0:0025.1432892.42.732.121.52
    29807-04 3:0024.9432895.42.732.111.55
    29907-04 6:0024.6432898.42.732.101.58
    30007-04 9:0012.3432901.42.712.121.61
    下载: 导出CSV

    表  2  预测结果分析汇总表

    预测模型相对误差最大值/%MAPEMAPE
    平均值
    样本号
    11—30
    样本号
    281—300
    样本号
    11—30
    样本号
    281—300
    SVM39.7225.7018.3515.9217.14
    ACO-SVM14.5810.586.125.715.92
    PSO-SVM29.8616.9412.4110.7111.56
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-05-13
  • 修回日期:  2022-08-11
  • 录用日期:  2022-12-09
  • 网络出版日期:  2023-10-16
  • 刊出日期:  2023-10-16

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