基于LS-SVM的盾构密封舱土压建模仿真研究

摘要

密封舱土压是盾构掘进过程中一个非常重要的控制参数，压力失衡将导致地表坍塌等严重的工程事故。但现在的施工多是人工控制操作，控制精度较低。因此，实现盾构掘进过程的自动控制是当前自动化领域研究的热点问题。
　　 目前对土压平衡盾构系统的研究多集中在诸如推进系统、排渣系统等一些相对独立的领域罩，这些研究都没有考虑其整体特性，且都未考虑刀盘转速的影响，无法反映盾构掘进过程中盾机的整体性能。而在研究方法上多采用神经网络、模糊算法等，并未得出具体的模型形式。再加上盾构施工现场情况复杂，影响土压的因素较多，而且实验研究需要较大的投资，所以，目前大部分土压平衡盾构系统的分析与设计都是依赖工程实践经验。基于此，本文提出一种建立盾构土压模型的方法，结合现场施工数据，对土压平衡盾构施工过程中的特性进行研究，为实际盾构施工工程提供指导与参考。
　　 由于建立土压平衡盾构系统的机理模型比较困难。因此，本文在广泛研究国内外盾构理论的基础上，基于盾构掘进过程的机理分析，初步确定土压值与刀盘转速、总推力、螺旋输送机转速及推进速度有关。进一步，利用主元分析方法来估计土压值与这些因素的相关性强弱，得出结论：推进速度、螺旋输送机转速、刀盘转速及总推力为土压值的主元。基于此，首先对现场采集数据进行数据预处理；其次，利用最小二乘支持向量机(LS-SVM)方法，结合现场施工数据，选用六种核函数来对土压进行建模分析，并引入均方根误差(RMSE)和绝对平均值百分误差(MAPE)来评价该模型的预测精度，进而确定采用二次多项式核函数建立的土压模型其估计能力较好；最后，通过仿真试验验证了该模型的有效性。并结合MAPE评价标准，比较LS-SVM模型与BP神经网络模型的估计能力，试验表明LS-SVM模型有较好的估计能力和推广能力。

目录

文摘

英文文摘

声明

1 绪论

1.1 研究背景

1.2 盾构技术的国内外研究现状

1.3 土压平衡盾构系统的国内外研究现状

1.4 课题研究意义及主要内容

1.4.1 研究意义

1.4.2 研究内容

1.5 论文组织结构

2 土压平衡盾构机概述

2.1 设备简介

2.1.1 刀盘机构

2.1.2 推进机构

2.1.3 注塑机构

2.1.4 搅拌机

2.1.5 排渣机构

2.2 设备特点

2.3 适用范围

2.4 工作原理及工艺流程

2.5 本章小结

3 支持向量机

3.1 支持向量机的发展

3.2 支持向量分类

3.3 支持向量回归

3.3.1 ε-SVR算法

3.3.2 LS-SVM算法

3.4 支持向量机的关键技术

3.4.1 核函数的本质

3.4.2 常见的核函数类型

3.4.3 参数选取的常用方法

3.5 本章小结

4 土压平衡盾构建模

4.1 土压平衡盾构掘进的机理分析

4.1.1 刀盘转速、螺旋输送机转速与土压的关系

4.1.2 总推力与土压的关系

4.1.3 推进速度、螺旋输送机转速与土压的关系

4.2 数据处理及泛化能力评价标准

4.2.1 数据处理概述

4.2.2 泛化能力评价标准

4.3 主元分析

4.3.1 数据来源

4.3.2 主元分析

4.4 LS-SVM建模

4.5 LS-SVM算法与BP算法的比较分析

4.5.1 BP神经网络建模

4.5.2 两种算法的比较分析

4.6 本章小结

5 结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致 谢