(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202110558141.5 (22)申请日 2021.05.21 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 113239439 A (43)申请公布日 2021.08.10 (73)专利权人 上海大学 地址 200444 上海市宝山区大场镇上 大路 99号 专利权人 上海隧道工程有限公司 (72)发明人 胡珉　周文波　卢靖　吴惠明　 李刚　吴秉键　孙振东　周丽　 (74)专利代理 机构 上海金盛协力知识产权代理 有限公司 31242 代理人 严帅 (51)Int.Cl. G06F 30/13(2020.01) G06F 30/27(2020.01) G06Q 10/04(2012.01) G06Q 10/06(2012.01) G06Q 10/10(2012.01) G06Q 50/08(2012.01) G06N 3/04(2006.01) G06N 3/08(2006.01)G06F 119/14(2020.01) (56)对比文件 CN 110617074 A,2019.12.27 CN 107515976 A,2017.12.26 CN 109978226 A,2019.07.0 5 CN 109242171 A,2019.01.18 CN 10476 6129 A,2015.07.08 CN 111832223 A,2020.10.27 CN 111639468 A,2020.09.08 CN 111335907 A,2020.0 6.26 CN 108985 340 A,2018.12.1 1 周文波等. 《盾构法隧道 施工引起 地面沉降 GMF预报系统》 . 《地下工程与隧道》 .19 96, Teng Li等. 《Devel opment and Application of Dynamic I ntelligent Risk Management System throughout Shield Tunneling》 . 《2010 I nternati onal Conference on Intelligent System Design and Engineering Application》 .2010, 胡珉等. 《基 于多级神经网络的盾构法隧道 施工参数控制》 . 《计算机 工程》 .20 05,第31卷(第 8期), 审查员 严凯丽 (54)发明名称 盾构施工地表沉降预测系统及方法 (57)摘要 本发明揭示了一种盾构施工地表沉降预测 系统及方法， 所述盾构施工地表 沉降预测系统包 括： 元属性提取模块， 用以对原始数据集进行重 新的组合提取元属性， 并计算各属性特征指标； 沉降数据发生器训练模块， 用以构建基于元属性 的沉降数据发生器； 沉降数据生成模块， 用以结 合当前施工项目工程特点产生一组模拟数据； 沉 降预测模型预训练模块， 用以结合产生的模拟数 据训练当前工程的沉降预测模型， 得到初始沉降 预测模型； 实时沉降预测模块， 用以获取实时盾构掘进数据对地表沉降监测点沉降值进行预测。 本发明揭示的盾构施工地表沉降预测系统及方 法， 可提高预测的适用性及精准度， 前期无需大 量的数据积累。 权利要求书9页 说明书20页 附图3页 CN 113239439 B 2022.04.05 CN 113239439 B 1.一种盾构施工地表沉降预测系统， 其特征在于， 所述盾构施工地表沉降预测系统包 括： 元属性提取模块， 用以对原始数据集进行重新的组合提取元属性， 并计算各属性特征 指标； 沉降数据发生器训练模块， 用以构建基于元属性的沉降数据发生器； 沉降数据生成模块， 用以结合当前施工项目工程特点产生 一组模拟数据； 沉降预测模型预训练模块， 用以结合产生的模拟数据训练当前工程的沉降预测模型， 得到初始沉降预测模型； 实时沉降预测模块， 用以获取实时盾构掘进数据对地表沉降监测点 沉降值进行 预测； 所述元属性提取模块用以提取元素属性； 将影响地表沉降的主要因素划分为基础类、 扰动类和沉降类三个属性类别； 每类元属性包括多种掘进特性， 这些特性均通过原始施工数据计算得到， 具体计算方 法包括： 基础类为在盾构隧道 施工所需的基础信息， 包括土质特性、 几何特性以及工艺特性； 土质特性具体包括每环隧道剖面的粘聚力、 内摩擦角以及含水率， 每环土质特性的具 体计算方式包括： 步骤S111、 分别计算该环每层土占开挖面面积比例Pm， 定义第m层土层上边界埋深为 d1， m， 下边界埋深为d2， m， 隧道剖面中心点埋深为d， 开挖面半径为R， S1， m为土层起始标高以上 土体与开挖面的接触面积， S2， m为土层结束 标高以上土体与开挖面的接触面积； 具体计算方 式包括： 步骤S112、 计算该环隧道剖面土质特性， 定义第m层土层的粘聚力、 内摩擦角以及含水 率分别为Cm、 φm和ωm， 开挖面土体总体粘聚力、 内摩 擦角以及含水率分别为C、 φ和ω， 计算 公式如下： C＝∑Pm·Cm φ＝∑Pm·φm ω＝∑Pm·ωm 几何特性包括盾构每环的埋深和非注浆情况下的土体损失率， 盾构每环的埋深通过隧权　利　要　求　书 1/9 页 2 CN 113239439 B 2道设计文件直接获得； 每环非注浆情况下 的土体损失率需将直线段和曲线段独立计算， 直 线段仅考虑盾构刀盘半径R和隧道管片外半径 r所围成的圆环体积， 具体 计算公式如下： v＝(R2‑r2)π l 在曲线段推进时为了使盾构发生偏转， 通常会造成土体的超挖， 其理论土体损 失率与 直线段有较大差别， 具体 计算方式如下： 式中， R0隧道曲率半径， l为管片宽度， L为盾构机长度， D为盾构机直径， δ为盾构机内侧 超挖量， δ ′为盾构机中部理论间隙， 且 δ ′≈ δ； 工艺特性包括盾构机类型、 盾构长度以及盾构直径， 盾构机类型主要分为土压平衡式 盾构机和泥水平衡式盾构机， 根据实际工程选用的盾构机型号来确定； 盾构长度以及盾构 直径根据具体施工所采用的盾构机参数 数据获得； 扰动类参数主要评价盾构在掘进过程中对土体扰动 程度的指标， 通过对盾构实时掘进 数据的分析处理得到； 根据其扰动机理不同将其分为切口扰动特性、 姿态扰动特性和盾尾 扰动特性； 采用盾构理论压力差来评价切口前方土体的扰动情况， 从而获取切口扰动特性， 具体 计算方式如下： 步骤S121、 根据地质勘查结果计算得到上 方荷载大小Q； 步骤S122、 根据隧道地质勘查报告， 计算 开挖面土体的侧向土 压力系数 K； 步骤S123、 抽取每环推进期间的土 压力数据， 计算环 平均土压力P； 步骤S124、 根据以下公式计算理论土 压力差： ΔP＝P ‑Q·K； 姿态扰动特性包括盾构水平方向姿态变化量和盾构高程方向姿态变化量； 盾构高程方 向姿态变化 量根据盾构俯仰角变化 量来表示， 即： 式中 为盾构环俯仰角变化量， 为每环开始时的俯仰角， 为每环结束时的 俯仰角； 盾构水平方向姿态变化量采用水平角度变化量来表示， 根据盾构的偏差量和轴线线性 进行计算得到， 具体 计算方法如下： 式中,h′x为每环开始时的切口水平偏差量， h ″x为每环结束时的切口水平偏差量， t ′x为权　利　要　求　书 2/9 页 3 CN 113239439 B 3