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Damage prediction of rear plate in Whipple shields based on machine learning method
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作者 Chenyang Wu Xiangbiao Liao +1 位作者 Lvtan Chen Xiaowei Chen 《Defence Technology(防务技术)》 2025年第8期52-68,共17页
A typical Whipple shield consists of double-layered plates with a certain gap.The space debris impacts the outer plate and is broken into a debris cloud(shattered,molten,vaporized)with dispersed energy and momentum,wh... A typical Whipple shield consists of double-layered plates with a certain gap.The space debris impacts the outer plate and is broken into a debris cloud(shattered,molten,vaporized)with dispersed energy and momentum,which reduces the risk of penetrating the bulkhead.In the realm of hypervelocity impact,strain rate(>10^(5)s^(-1))effects are negligible,and fluid dynamics is employed to describe the impact process.Efficient numerical tools for precisely predicting the damage degree can greatly accelerate the design and optimization of advanced protective structures.Current hypervelocity impact research primarily focuses on the interaction between projectile and front plate and the movement of debris cloud.However,the damage mechanism of debris cloud impacts on rear plates-the critical threat component-remains underexplored owing to complex multi-physics processes and prohibitive computational costs.Existing approaches,ranging from semi-empirical equations to a machine learningbased ballistic limit prediction method,are constrained to binary penetration classification.Alternatively,the uneven data from experiments and simulations caused these methods to be ineffective when the projectile has irregular shapes and complicate flight attitude.Therefore,it is urgent to develop a new damage prediction method for predicting the rear plate damage,which can help to gain a deeper understanding of the damage mechanism.In this study,a machine learning(ML)method is developed to predict the damage distribution in the rear plate.Based on the unit velocity space,the discretized information of debris cloud and rear plate damage from rare simulation cases is used as input data for training the ML models,while the generalization ability for damage distribution prediction is tested by other simulation cases with different attack angles.The results demonstrate that the training and prediction accuracies using the Random Forest(RF)algorithm significantly surpass those using Artificial Neural Networks(ANNs)and Support Vector Machine(SVM).The RF-based model effectively identifies damage features in sparsely distributed debris cloud and cumulative effect.This study establishes an expandable new dataset that accommodates additional parameters to improve the prediction accuracy.Results demonstrate the model's ability to overcome data imbalance limitations through debris cloud features,enabling rapid and accurate rear plate damage prediction across wider scenarios with minimal data requirements. 展开更多
关键词 Damage prediction of rear plate Cumulative effect of debris cloud Whipple shield machine learning Random forest
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Pose prediction based on dynamic modeling and virtual prototype simulation of shield tunnelling machine
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作者 JIN Da-long WANG Xu-yang +2 位作者 YUAN Da-jun LI Xiu-dong DU Chang-yan 《Journal of Central South University》 CSCD 2024年第11期3854-3867,共14页
Compared with traditional feedback control,predictive control can eliminate the lag of pose control and avoid the snakelike motion of shield machines.Therefore,a shield pose prediction model was proposed based on dyna... Compared with traditional feedback control,predictive control can eliminate the lag of pose control and avoid the snakelike motion of shield machines.Therefore,a shield pose prediction model was proposed based on dynamic modeling.Firstly,the dynamic equations of shield thrust system were established to clarify the relationship between force and movement of shield machine.Secondly,an analytical model was proposed to predict future multistep pose of the shield machine.Finally,a virtual prototype model was developed to simulate the dynamic behavior of the shield machine and validate the accuracy of the proposed pose prediction method.Results reveal that the model proposed can predict the shield pose with high accuracy,which can provide a decision basis whether for manual or automatic control of shield pose. 展开更多
关键词 shield machine motion trajectory dynamic modeling virtual prototype pose prediction
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Sliding mode robust controller for automatic rectification of shield machine 被引量:8
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作者 岳明 孙伟 魏建 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS 2011年第2期536-541,共6页
According to the actual engineering problem that the precise load model of shield machine is difficult to achieve,a design method of sliding mode robust controller oriented to the automatic rectification of shield mac... According to the actual engineering problem that the precise load model of shield machine is difficult to achieve,a design method of sliding mode robust controller oriented to the automatic rectification of shield machine was proposed. Firstly,the nominal load model of shield machine and the ranges of model parameters were obtained by the soil mechanics parameters of certain geological conditions and the messages of the self-learning of shield machine by tunneling for previous segments. Based on this rectification mechanism model with known ranges of parameters,a sliding mode robust controller was proposed. Finally,the simulation analysis was developed to verify the effectiveness of the proposed controller. The simulation results show that the sliding mode robust controller can be implemented in the attitude rectification process of the shield machine and it has stronger robustness to overcome the soil disturbance. 展开更多
关键词 shield machine RECTIFICATION sliding mode ROBUST upper bound
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Motion control of thrust system for shield tunneling machine 被引量:8
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作者 杨华勇 施虎 龚国芳 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS 2010年第3期537-543,共7页
The thrust hydraulic system of the prototype shield machine with pressure and flow compound control scheme was introduced. The experimental system integrated with proportional valves for study was designed. Dynamics m... The thrust hydraulic system of the prototype shield machine with pressure and flow compound control scheme was introduced. The experimental system integrated with proportional valves for study was designed. Dynamics modeling of multi-cylinder thrust system and synchronous control design were accomplished. The simulation of the synchronization motion control system was completed in AMESim and Matlab/Simulink software environments. The experiment was conducted by means of master/slave PID with dead band compensating flow and conventional PID regulating pressure. The experimental results show that the proposed thrust hydraulic system and its control strategy can meet the requirements of tunneling in motion and posture control for the shield machine, keeping the non-synchronous error within ±3 mm. 展开更多
关键词 shield machine thrust system synchronous motion CO-SIMULATION PID control
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Numerical simulation of freezing effect and tool change of shield machine with a frozen cutterhead 被引量:6
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作者 DAI Wei XIA Yi-min +1 位作者 XU Hai-liang YANG Mei 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2020年第4期1262-1272,共11页
A shield machine with freezing function is proposed in order to realize tool change operation at atmospheric pressure. Furthermore, the transformation project of freezing cutterhead and tool change maintenance method ... A shield machine with freezing function is proposed in order to realize tool change operation at atmospheric pressure. Furthermore, the transformation project of freezing cutterhead and tool change maintenance method are put forward. Taking the shield construction of Huanxi Power Tunnel as an example, a numerical analysis of the freezing cutter head of the project was carried out. The results show that when the brine temperature is-25 °C, after 30 d of freezing, the thickness of the frozen wall can reach 0.67 m and the average temperature drops to-9.9 °C. When the brine temperature is-30 °C, after 50 d of freezing, the thickness of the frozen wall can reach 1.01 m and the average temperature drops to-12.4 °C. If the thickness of the frozen wall is 0.5 m and the average temperature is-10 °C, as the design index of the frozen wall, the brine temperature should be lower than-28 °C to meet the excavation requirements in 30 d. Analyzing the frozen wall stress under 0.5 m thickness and-10 °C average temperature condition, the tensile safety factor and compressive safety factor are both greater than 2 at the most dangerous position, which can meet the tool change requirements for shield construction. 展开更多
关键词 shield machine CONSTRUCTION frozen cutterhead tool change maintenance finite element simulation
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Energy saving analysis of segment positioning in shield tunneling machine considering assembling path optimization 被引量:4
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作者 施虎 龚国芳 +1 位作者 杨华勇 梅雪松 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS 2014年第12期4526-4536,共11页
A motion parameter optimization method based on the objective of minimizing the total energy consumption in segment positioning was proposed for segment erector of shield tunneling machine. The segment positioning pro... A motion parameter optimization method based on the objective of minimizing the total energy consumption in segment positioning was proposed for segment erector of shield tunneling machine. The segment positioning process was decomposed into rotation, lifting and sliding actions in deriving the energy calculation model of segment erection. The work of gravity was taken into account in the mathematical modeling of energy consumed by each actuator. In order to investigate the relationship between the work done by the actuator and the path moved along by the segment, the upward and downward directions as well as the operating quadrant of the segment erector were defined. Piecewise nonlinear function of energy was presented, of which the result is determined by closely coupled components as working parameters and some intermediate variables. Finally, the effectiveness of the optimization method was proved by conducting a case study with a segment erector for the tunnel with a diameter of 3 m and drawing comparisons between different assembling paths. The results show that the energy required by assembling a ring of segments along the optimized moving path can be reduced up to 5%. The method proposed in this work definitely provides an effective energy saving solution for shield tunneling machine. 展开更多
关键词 energy saving segment erector work of gravity path optimization shield tunneling machine
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海域盾构隧道孤石和基岩凸起段的精细化爆破预处理方法研究 被引量:1
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作者 魏海霞 崔有权 +4 位作者 陈建福 杨小林 褚怀保 祝杰 陈士海 《爆破》 北大核心 2025年第1期81-88,158,共9页
海域盾构施工中常遇到大粒径孤石和基岩凸起段,通常采用爆破法进行预处理,爆破预处理的效果是盾构机顺利通过的关键。依托厦门轨道交通2号线工程,综合考虑海域孤石和基岩凸起段的覆盖层条件、爆破块度控制指标及海洋生物安全控制标准,... 海域盾构施工中常遇到大粒径孤石和基岩凸起段,通常采用爆破法进行预处理,爆破预处理的效果是盾构机顺利通过的关键。依托厦门轨道交通2号线工程,综合考虑海域孤石和基岩凸起段的覆盖层条件、爆破块度控制指标及海洋生物安全控制标准,提出了一种盾构隧道孤石和基岩凸起段的精细化爆破预处理方法。具体步骤包括:爆破孔网参数设计;炸药单耗、单孔装药量、平均块度尺寸的计算;装药结构及爆破网路设计;爆破块度分布效果预测;考虑生态环境影响进一步优化爆破方案。现场应用结果表明:爆破预处理后的块度在30 cm以内,满足盾构机推进的块度尺寸要求;盾构机在爆破预处理段能够顺利掘进,与正常段推进参数基本相近。实现了海域盾构隧道孤石和基岩凸起段的精细化、生态化、高效化和安全化爆破施工。 展开更多
关键词 海域盾构 孤石 基岩凸起段 爆破预处理 块度
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软硬不均地层盾构机姿态控制试验研究
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作者 黄大维 陈凯 +2 位作者 徐长节 卢文剑 曾小涛 《岩土工程学报》 北大核心 2025年第10期2173-2182,共10页
软硬不均地层是盾构施工过程中常遇到的不良地质之一,盾构机在掘进软硬不均地层时,刀盘受力不均易导致盾构机姿态发生变化,从而导致盾构隧道偏离设计轴线。为研究盾构机掘进软硬不均地层时,刀盘受力和盾构机姿态变化之间的关系,设计了1... 软硬不均地层是盾构施工过程中常遇到的不良地质之一,盾构机在掘进软硬不均地层时,刀盘受力不均易导致盾构机姿态发生变化,从而导致盾构隧道偏离设计轴线。为研究盾构机掘进软硬不均地层时,刀盘受力和盾构机姿态变化之间的关系,设计了1∶10的模型盾构开挖施工模型试验,对试验中软硬不均地层中盾构机受力状况进行了分析,并对试验施工过程中盾构机的姿态进行了监测和分析。试验结果分析得出:①盾构机在开挖软硬不均地层时,刀盘掘进硬土层时开挖面土体反力大于刀盘掘进软土层时开挖面土体反力,刀盘将受到额外的开挖面扭矩,从而导致盾构机刀盘扭矩增大;②盾构法施工上软下硬地层时,盾构机刀盘逆时针转动,刀盘右侧接触硬土面积分别大于、小于、等于左侧时,盾构机刀盘受到开挖面反力整体合力分别向左下、左上、左;盾构机刀盘顺时针转动时,受力方向相反;③盾构机在开挖软硬不均地层时,刀盘转向应频繁规律的改变,正反转交替掘进;④盾构机在地层中的姿态变化受本身固有姿态和盾构机受力的综合影响。 展开更多
关键词 软硬不均 盾构施工 模型试验 盾构机受荷 盾构机姿态
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盾构智能管片拼装机的平移运动电液系统精确控制
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作者 陈旭阳 黄鑫 +5 位作者 郭俊可 林福龙 贾连辉 龚国芳 杨华勇 祝毅 《浙江大学学报(工学版)》 北大核心 2025年第3期588-596,共9页
管片拼装机载荷大、滞后大、摩擦扰动大,为了提高管片自动拼装的精度和效率,通过对模型精确辨识和iPIDD2算法实现在摩擦扰动下液压平移系统的精确控制.在理论模型基础上,提出多算法融合信号降噪方法对输出信号进行预处理,并采用带遗忘... 管片拼装机载荷大、滞后大、摩擦扰动大,为了提高管片自动拼装的精度和效率,通过对模型精确辨识和iPIDD2算法实现在摩擦扰动下液压平移系统的精确控制.在理论模型基础上,提出多算法融合信号降噪方法对输出信号进行预处理,并采用带遗忘因子的偏差补偿递推最小二乘辨识算法,以获得更精确的液压系统模型.针对摩擦扰动下拼装机平移运动的精确控制,提出iPIDD2控制算法实现平移油缸的精确控制.通过AMESim-Simulink联合仿真和搭建电液伺服系统实验台及实时控制系统验证研究结果.在不同的负载工况下进行全尺寸实验验证,结果表明,所提方法的位移跟踪稳态误差小于3mm,与PID相比最大跟踪误差减小77.6%,迟滞时间减少超过10s.在参数不确定和摩擦扰动下具有更好的精确控制性能和更小的迟滞时间,所提算法对提高摩擦扰动下自动管片拼装的拼装精度和效率具有积极意义. 展开更多
关键词 盾构机 管片拼装 信号处理 参数识别 精确控制
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面向盾构机主轴承外跑道再制造修复的激光熔覆工艺研究
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作者 陈健 杨公标 +2 位作者 李燕乐 付春珲 李方义 《制造技术与机床》 北大核心 2025年第10期99-106,共8页
为探究利用激光熔覆技术再制造修复盾构机主轴承外跑道的合适工艺,用同步送粉式激光熔覆设备在42CrMo基体上熔覆JG-11铁基合金涂层,基于三因素四水平正交试验,探究了激光功率、扫描速度、送粉器转速等工艺参数对涂层稀释率、宽高比及孔... 为探究利用激光熔覆技术再制造修复盾构机主轴承外跑道的合适工艺,用同步送粉式激光熔覆设备在42CrMo基体上熔覆JG-11铁基合金涂层,基于三因素四水平正交试验,探究了激光功率、扫描速度、送粉器转速等工艺参数对涂层稀释率、宽高比及孔隙率的影响,并遴选出较好的四组工艺参数进行显微组织分析、硬度测试、摩擦磨损试验探究其对涂层性能的影响。结果表明,涂层硬度相较于基体可以提升2~3倍;合适的工艺参数降低摩擦因数效果明显,磨损体积相比较差的工艺参数可以降低45.7%,磨粒磨损和疲劳磨损是摩擦磨损的主要原因。 展开更多
关键词 激光熔覆 盾构机主轴承 再制造修复 正交试验 耐磨性
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一种基于EMD-LightGBM模型的地铁隧道盾构姿态预测方法
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作者 冷伍明 吴卓霖 +3 位作者 袁立刚 梁琳 刘涛墨 岳健 《哈尔滨工业大学学报》 北大核心 2025年第7期96-107,共12页
针对地铁隧道盾构姿态难以控制的问题,以长春某隧道工程为例,基于现场实测数据,构建了一个融合经验模态分解(empirical mode decomposition,EMD)和轻量级梯度提升机(light gradient boosting machine,LightGBM)的盾构姿态预测模型(EMD-L... 针对地铁隧道盾构姿态难以控制的问题,以长春某隧道工程为例,基于现场实测数据,构建了一个融合经验模态分解(empirical mode decomposition,EMD)和轻量级梯度提升机(light gradient boosting machine,LightGBM)的盾构姿态预测模型(EMD-LightGBM)。首先,通过特征重要性和相关性分析筛选原始数据集特征。然后,利用EMD技术将数据分解为多个平稳子序列,并组成新数据集。最后,通过该新数据集拟合训练EMD-LightGBM来实现盾构姿态的预测,并且比较了该模型与单纯的LightGBM及融合EMD的反向传播神经网络(backpropagation neural network,BPNN)的预测效果。通过预测精度和预测稳定性两种评价体系来验证EMD-LightGBM模型的优良性能。结果表明:与LightGBM和EMD-BPNN相比,EMD-LightGBM在盾构姿态偏差预测折线图中的表现最佳,其平均绝对误差(mean absolute error,E MA)和均方根误差(root mean square error,E RMS)最大分别为2.89 mm和4.13 mm,决定系数R 2最小值为0.95;同时,EMD-LightGBM的预测平均绝对误差E MA和均方误差(mean square error,E MS)的95%置信区间最大值分别为3.5 mm与25.6 mm 2,结合其预测值的绝对误差(absolute error,E A)和平方误差(square error,E S)的良好频数分布,都说明了EMD-LightGBM在预测盾构姿态时的高精度和稳定性。研究成果可为类似工程的盾构姿态控制提供一种理论方法。 展开更多
关键词 地铁隧道 盾构 姿态预测 经验模态分解 轻量级梯度提升机
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盾构机行星齿轮啮合冲击激励及系统动态特性研究
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作者 何泽银 伍宏健 +2 位作者 杨震 易锋 裴世丰 《工程科学与技术》 北大核心 2025年第2期133-147,共15页
为揭示太阳轮-行星轮间啮入冲击诱发行星轮系内、外啮合状态演变规律,建立盾构机行星齿轮内、外啮合齿轮副线外啮入冲击激励解析计算模型,与齿轮副有限元显式动态接触模型对比,验证解析模型合理性;进而,搭建啮入冲击诱发行星轮-齿圈、... 为揭示太阳轮-行星轮间啮入冲击诱发行星轮系内、外啮合状态演变规律,建立盾构机行星齿轮内、外啮合齿轮副线外啮入冲击激励解析计算模型,与齿轮副有限元显式动态接触模型对比,验证解析模型合理性;进而,搭建啮入冲击诱发行星轮-齿圈、行星轮-太阳轮线内冲击机理模型,研究外啮合齿轮副啮入冲击对行星轮-齿圈内啮合状态、太阳轮-行星轮外啮合状态的影响规律,阐明太阳轮-行星轮-齿圈多点冲击激励变化规律;而后,建立盾构机行星齿轮系统集中质量模型,计算不同冲击激励下内、外齿轮副间啮合力,阐明冲击激励与齿轮副啮合力间动态演化规律;最后,搭建行星轮系统显示动力学模型,提取外、内啮合齿轮副啮合力与接触力,与理论解析结果进行对比,验证理论模型合理性。结果表明:内、外啮合冲击力数值与解析解吻合良好,相对误差为4.09%;行星轮系统线外啮入冲击将诱发内、外啮合齿轮副线内冲击;行星轮系冲击激励呈周期性变化,将诱发行星轮系内、外啮合齿轮副间啮合力改变,啮入冲击激励会使齿轮副间动态啮合力减小,而诱发的线内冲击激励会使齿轮副动态啮合力增大,导致行星轮系统振动加剧;行星轮系统有限元仿真数值解与解析解对比,外、内啮合啮入冲击相对误差分别为3.21%、6.40%,平均啮合力误差分别为6.93%,3.80%,验证了理论模型的正确性。 展开更多
关键词 啮合冲击 解析模型 动态特性 行星齿轮 盾构机
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盾构自主掘进与管片拼装并行控制技术工程验证
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作者 朱叶艇 赵剑 +5 位作者 毕湘利 朱雁飞 于宁 王秀志 黄德中 秦元 《隧道建设(中英文)》 北大核心 2025年第8期1602-1613,共12页
为解决盾构掘进与管片拼装并行作业时,因人工手动调整推进系统分区压力的滞后性和不精准性而导致盾构姿态波动大的问题,提出一种基于推力矢量技术实现盾构自主掘进姿态控制的方案,以消除盾构推力矢量控制人工干预的必要性。通过作业流... 为解决盾构掘进与管片拼装并行作业时,因人工手动调整推进系统分区压力的滞后性和不精准性而导致盾构姿态波动大的问题,提出一种基于推力矢量技术实现盾构自主掘进姿态控制的方案,以消除盾构推力矢量控制人工干预的必要性。通过作业流程制定、智控系统设计、盾构装备研制以及工程实践验证,得出以下结论:1)推进系统整体动作同步性较佳,并行控制模式下对油缸行程的利用以及人工管片拼装耗时不稳定对并行作业效率的影响较为直接;2)推进油缸目标压力执行精度为±10%,并行控制模式下盾构速度降幅控制在8 mm/min左右,智控系统对推力的调整及时有效;3)盾构切口姿态与推力作用点位移随时间呈镜像对称特征,油缸回缩瞬间造成的盾构姿态变化量最大为10 mm,盾构姿态整体上可控制在设定目标的±15 mm范围内;4)通过与同类工程项目对比,盾构自主掘进与管片拼装并行控制技术相较于盾构姿态人工控制方案,在推力矢量设定、推进速度控制、盾构姿态调整等方面控制精度更高,盾构持续稳态掘进控制能力更强。 展开更多
关键词 盾构 自主掘进 管片拼装 并行控制
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基于LightGBM的盾构机姿态预测与控制研究
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作者 曾铁梅 李昕懿 +4 位作者 冯宗宝 陈虹宇 王雷 覃亚伟 徐文胜 《铁道标准设计》 北大核心 2025年第4期157-165,共9页
有效控制盾构围绕盾构轴线的姿态,避免盾构前倾变形、蛇形、轴线偏离以及纠偏引发管片错台、裂缝、渗漏水是盾构施工中非常重要且具有挑战性的质量安全问题,需要对盾构姿态进行精准预测和有效控制。基于此,提出一种基于光梯度助推机(Lig... 有效控制盾构围绕盾构轴线的姿态,避免盾构前倾变形、蛇形、轴线偏离以及纠偏引发管片错台、裂缝、渗漏水是盾构施工中非常重要且具有挑战性的质量安全问题,需要对盾构姿态进行精准预测和有效控制。基于此,提出一种基于光梯度助推机(Light Gradient Boosting Machine,LightGBM)模型的盾构姿态智能预测与控制方法。研究选取仰俯角、滚转角、切口水平和垂直位移、盾尾水平和垂直位移描述盾构机姿态的6个参数进行预测和控制,对机器学习算法的超参数进行优化,构建LightGBM机器学习算法的最优预测模型,通过特征重要性排序,选取千斤顶推力、土仓压力、刀盘扭矩和掘进速度重要指标进行优化调整,根据LightGBM模型的预测结果,当模型预测到未来盾构姿态与DTA有显著差异时,可以通过提前调整盾构机的工作参数实现盾构姿态优化控制。以贵阳市轨道交通3号线为例,对该方法的有效性进行验证。研究结论为:(1)LightGBM模型能够较为准确地预测盾构施工姿态控制目标,拟合优度R2达到0.85以上;(2)盾构姿态影响因素的重要性排序可以明确应控制的关键施工参数;(3)基于重要盾构施工参数优化调整,各姿态控制目标超限数据均被控制在预警范围内,有效实现盾构施工姿态控制。 展开更多
关键词 盾构 施工参数 预测与控制 机器学习 LightGBM算法 影响因素
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存量地铁盾构自主掘进姿态控制功能改造与工程实践
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作者 朱叶艇 毕湘利 +5 位作者 朱雁飞 于宁 吴迪 秦元 王志华 姜海波 《隧道建设(中英文)》 北大核心 2025年第7期1378-1386,共9页
为提升存量传统盾构循环利用率、践行我国地下工程绿色可持续发展目标,结合上海轨道交通某区间盾构工程项目,设计一种针对存量地铁盾构进行自主掘进姿态控制功能加载的微改造方案。通过系统架构设计、分区目标油压寻优计算,实现基于推... 为提升存量传统盾构循环利用率、践行我国地下工程绿色可持续发展目标,结合上海轨道交通某区间盾构工程项目,设计一种针对存量地铁盾构进行自主掘进姿态控制功能加载的微改造方案。通过系统架构设计、分区目标油压寻优计算,实现基于推力矢量技术的盾构自主掘进姿态控制方法的跨直径、跨模式工程应用。研究结果表明:1)基于目标推力矢量分配的推进分区目标油压执行情况良好,控制精度达±5%;2)为确保盾构持续匀速掘进能力,目标推力控制在高于实际推力3%的范围,掘进速度控制在设定值±3 mm/min;3)盾构姿态变化与推力矢量作用点位移之间呈现镜像对称的交互特征,单个区间内盾构切口水平和高程姿态控制在设定目标±10 mm的管片环数比例达98%以上。 展开更多
关键词 存量盾构 智能改造 自主掘进 推力矢量 工程实践
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盾构下穿老旧建筑物的沉降规律与预测模型:以天津7号线下穿南门里分局为例
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作者 张继文 朱泽奇 +1 位作者 蒋拓 周杨 《科学技术与工程》 北大核心 2025年第20期8552-8559,共8页
针对天津7号线区间盾构隧道下穿老旧建筑物,采用基于测量机器人的自动化监测获取大量建筑物监测变形数据,通过机器学习算法研究了建筑物瞬时沉降与平均速度、推力、注浆量、盾构距离、注浆压力等盾构施工参数之间的关系,并建立建筑物沉... 针对天津7号线区间盾构隧道下穿老旧建筑物,采用基于测量机器人的自动化监测获取大量建筑物监测变形数据,通过机器学习算法研究了建筑物瞬时沉降与平均速度、推力、注浆量、盾构距离、注浆压力等盾构施工参数之间的关系,并建立建筑物沉降预测模型。结果表明:盾构施工下穿老旧建筑物时,在-50~70 m范围内老旧建筑沉降均会受盾构施工影响;盾构施工诱发差异沉降的重要原因,是建筑物不同立面的沉降差异明显;盾构施工参数注浆量、推力、平均速度与瞬时沉降为正相关关系,其中盾构距离对于建筑物沉降影响最大;盾构隧道下穿老旧建筑物的施工参数合理,建筑物的沉降变形在合理范围内;通过机器学习算法建立的预测模型,其预测沉降曲线与监测实测沉降曲线基本吻合,具有较好的预测能力。为后续盾构隧道施工地表沉降的预测和控制提供参考。 展开更多
关键词 盾构隧道 自动化监测 建筑物沉降 施工参数 机器学习
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融合可掘性指标与支持向量回归的地铁盾构机姿态预测方法
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作者 张振 梁杰 +2 位作者 张玉龙 陈铁 刘刚 《城市轨道交通研究》 北大核心 2025年第6期112-116,共5页
[目的]地铁盾构机姿态偏差控制不当会对成型隧道的服役状态造成不利影响,预知施工过程中盾构机的姿态是及时调整其姿态的前提,而现有预测模型多存在可解释性差、数据量要求较高等问题。需研究新的盾构机姿态预测方法。[方法]为增加模型... [目的]地铁盾构机姿态偏差控制不当会对成型隧道的服役状态造成不利影响,预知施工过程中盾构机的姿态是及时调整其姿态的前提,而现有预测模型多存在可解释性差、数据量要求较高等问题。需研究新的盾构机姿态预测方法。[方法]为增加模型的可解释性,引入了表征盾构机在所处地层掘进状态的可掘性指标SE(掘进比能),作为模型的特征参数,并利用在小样本学习方面具有优势的支持向量回归方法建立盾构机姿态预测模型。利用K折交叉验证进行超参数调优,评估预测模型的性能和泛化能力。[结果及结论]将融合模型应用于重庆轨道交通27号线工程实例中,表征盾构机姿态的4项参数的预测结果的拟合优度R 2分别为0.94、0.94、0.90、0.87。融合可掘性指标后,支持向量回归模型的平均预测精度提高了11.96%;相较于反向传播神经网络模型,融合模型预测精度提升了6.41%。支持向量回归模型通过引入具有物理意义的特征参数,能够更准确地预测盾构机姿态,可为施工过程中实时调整盾构机姿态提供有效支撑。 展开更多
关键词 地铁 盾构机姿态 掘进比能 支持向量回归
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不同地质条件下盾构机掘进速度预测方法
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作者 王毓灿 元海文 +2 位作者 孙齐 杨磊 肖长诗 《仪器仪表学报》 北大核心 2025年第3期30-40,共11页
盾构机掘进性能受不同地质条件影响明显。该研究以电驱土压平衡盾构机为对象,统计了961环3761006条掘进数据,包括砂质黏性土层等6种地质组合以及对应的盾构机掘进参数。通过相关性分析,确定与掘进速度紧密相关的特征变量,包括总推力、... 盾构机掘进性能受不同地质条件影响明显。该研究以电驱土压平衡盾构机为对象,统计了961环3761006条掘进数据,包括砂质黏性土层等6种地质组合以及对应的盾构机掘进参数。通过相关性分析,确定与掘进速度紧密相关的特征变量,包括总推力、同步注浆量和泡沫压力等。然后,针对实际盾构工程存在数据分布不均衡问题,对原始数据高斯重采样,生成包含19950个有效样本的数据集。随后,提出了一种基于Kolmogorov-Arnold Network(KAN)的盾构机掘进速度预测方法,KAN模型通过多层次复合函数的组合逼近非线性关系,将多因素耦合的非线性关系又近似分解为一系列单变量函数组合,在确保模型预测精度的同时,极大提高计算效率。以深圳至大亚湾地铁盾构工程为例,开展实验论证,结果表明:与卷积神经网络(CNN)、长短时记忆网络(LSTM)等模型相比,KAN在处理高维数据和非线性耦合关系方面表现出优越性能,其预测结果能够精确拟合实测数据。在地质条件较为单一(如全风化混合花岗岩、土状强风化混合花岗岩)的预测误差较低,平均误差控制在5.12%~7.02%,而在混合地层中预测误差有所增大,但总体平均误差仍控制在15%以内。该方法为复杂地质条件下盾构机施工优化提供了有力的决策支持。未来将地质空间分布信息以序列形式引入模型,并增加刀盘磨损的输出预测,为盾构施工的智能化管理提供更加全面的解决方案。 展开更多
关键词 盾构机 掘进预测 地质分析 特征选择 Kolmogorov-Arnold Network
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盾构机主轴承智能空心滚子承载特性研究
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作者 田光耀 孙伟 +1 位作者 孙清超 孙亮 《大连理工大学学报》 北大核心 2025年第3期270-277,共8页
盾构机主轴承是盾构机的关键支撑部件,一旦失效将导致严重的后果.为了有效评估盾构机主轴承的运行状态,可以采用将传感器内置于空心滚子形成智能滚子的方式对主轴承进行实时监测.传统的理论模型不能准确反映真实工况下智能空心滚子的受... 盾构机主轴承是盾构机的关键支撑部件,一旦失效将导致严重的后果.为了有效评估盾构机主轴承的运行状态,可以采用将传感器内置于空心滚子形成智能滚子的方式对主轴承进行实时监测.传统的理论模型不能准确反映真实工况下智能空心滚子的受力状态,因此为了更精确地对智能空心滚子进行分析和监测,需要建立智能空心滚子的力学特性分析模型.在曲梁理论的基础上,结合有限元分析和实验数据,发现智能空心滚子内孔顶点的应变与均布荷载呈正比关系,与空心度呈非线性关系;提出了描述轴向荷载下智能空心滚子荷载与应变关系的解析公式,该公式在智能空心滚子内孔轴向中间位置的应变-荷载-空心度的关系拟合中更为精确.基于该公式和智能空心滚子内应变片采集的应变数据可以对滚子受力进行快速准确的计算,进而评估轴承的寿命. 展开更多
关键词 盾构机主轴承 智能空心滚子 力学特性 有限元分析
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EPB/TBM双模盾构机硬岩掘进卡机脱困技术 被引量:1
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作者 段岳强 《城市轨道交通研究》 北大核心 2025年第1期237-243,共7页
[目的]EPB(土压平衡盾构机)/TBM(全断面硬岩掘进机)双模盾构机在掘进过程中由于刀具磨损过于严重,掘进参数设置不当等问题,易引起卡机等事故,进而严重影响施工工期,甚至引发安全事故,需对EPB/TBM双模盾构机硬岩掘进卡机脱困技术进行研究... [目的]EPB(土压平衡盾构机)/TBM(全断面硬岩掘进机)双模盾构机在掘进过程中由于刀具磨损过于严重,掘进参数设置不当等问题,易引起卡机等事故,进而严重影响施工工期,甚至引发安全事故,需对EPB/TBM双模盾构机硬岩掘进卡机脱困技术进行研究。[方法]依托深圳地铁8号线二期三工区大梅沙站—小梅沙站区间隧道工程,基于EPB/TBM双模盾构机在全断面微风化硬岩掘进过程中的卡机事故全过程,系统地阐述了EPB/TBM双模盾构机的卡机脱困流程,并对卡机至脱困过程的掘进参数演变规律进行分析,总结盾构机卡机事故原因,并提出对应的预防措施及建议。[结果及结论]盾构机卡机主要由多因素共同作用引起,其中刀盘及刀具的异常磨损是核心原因之一。通过及时排查相关掘进参数的异常变化,如盾构掘进速度骤降,刀盘扭矩骤降,总顶推力显著提升,可提前预警甚至避免卡机现象的发生。排查时结合对刀盘和土仓内渣土堆积情况的综合判定,能够显著减少卡机现象的发生并防止其进一步加剧。通过盾构机卡机位置确定、切口环岩体破除、顶撑工装焊接、盾构机试推进、第一部分盾体切割及岩体破除、第二部分盾体切割及岩体破除、切割盾体原位焊接及盾构机恢复掘进等工序可实现成功脱困。 展开更多
关键词 地铁 EPB/TBM双模盾构机 卡机脱困技术 硬岩
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