Analysis and Intelligent Prediction for Displacement of Stratum and Tunnel Lining by Shield Tunnel Excavation in Complex Geological Conditions: A Case Study

地层 护盾 发掘 流离失所(心理学) 岩土工程 侧向土压力 工程类 变形(气象学) 粒子群优化 结构工程 地质学 算法 计算机科学 岩石学 心理学 海洋学 心理治疗师
作者
Fanchao Kong,Dechun Lu,Yiding Ma,Jianli Li,Tao Tian
出处
期刊:IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:23 (11): 22206-22216 被引量:45
标识
DOI:10.1109/tits.2022.3149819
摘要

This paper presents the analysis and intelligent prediction for the displacement of stratum and tunnel lining of Qingdao Metro Line 4 by earth pressure balance (EPB) shield tunnel excavation in complex strata. When the tunnel is excavated in different stratum sections, the tunneling parameters of shield machine are systematically analyzed and compared, and the vertical displacement of the tunnel crown and the horizontal convergence deformation on both sides are investigated. When the tunnel body passes through the soft soil stratum and rock stratum, the curves of the vertical displacement of the stratum surface with time are respectively discussed. A machine learning method for predicting stratum surface deformation induced by shield tunnel excavation in complex strata is developed, where extreme learning machine (ELM), particle swarm optimization (PSO) algorithm and $k$ -fold cross-validation method are comprehensively considered. 65 data samples are collected from the field monitoring data of Qingdao Metro Line 4 and each data sample includes seven input values and one output value. The developed PSO-ELM has good prediction performance for stratum surface vertical displacement due to shield tunnel excavation. The case study in this work can provide a practical reference for similar tunneling projects.
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