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2022年 39卷 5期
刊出日期:2022-05-15
长大干线:工程地质与路基
长大干线:线路与轨道
长大干线:通信信号
长大干线:桥梁工程
长大干线:隧道工程
长大干线:电气化工程
工程经济与管理
长大干线:工程地质与路基
1
工字型板式抗滑结构受力与变形特性试验研究
郑静, 安孟康, 吕昌明, 苏俊霞
研究目的:
现有的抗滑结构仍以矩形和圆形截面抗滑桩为主,但其材料消耗量均较大,有进一步优化的余地。因此本文提出工字型板式抗滑新结构,但需通过试验对其受力与变形特性、腹板的设置与连接进行研究,以期为理论计算与设计提供依据。
研究结论:
(1)工字型板式抗滑结构的变形与腹板设置深度和连接有关,腹板设置愈深,结构顶部位移愈小,抗变形能力愈强;现浇刚接较预制拼装结构抗变形能力更强;(2)结构所受推力近似呈梯形分布,腹板设置愈深,推力合力作用点愈低;(3)内外板弯矩分布呈反S状,反弯点在滑面附近,表现为柔性结构的受力特点;(4)腹板设置深度加深,内外板的正负极值弯矩、顶板最大弯矩和腹板最大应力均减小,但内、外板自身正负弯矩极值相差增大,板的受力不均;(5)腹板设置深度以深入滑面以下一定深度为宜;(6)本研究成果可在滑坡与边坡病害治理中推广应用。
2022 Vol. 39 (5): 1-7 [
摘要
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8
衬砌管片破损诱发无水砂卵石层塌陷试验研究
王忠昶, 李国伟, 潘科
研究目的:
为探求地下水位以上砂卵石层中隧道衬砌破损漏砂诱发的地层塌陷问题,本文通过自行设计的一套可以控制圆形漏口大小的地下工程漏砂可视化试验装置,分别试验研究卵石颗粒含量、土层厚度等影响因素对于地层塌陷、溃砂的影响规律,得到不同工况下土层的塌陷影响范围、沉降剖立面形态曲线,从而对溃砂灾害中的砂土运移规律和成拱机理进行探究。
研究结论:
(1)当厚跨比大于11.1时,土层不发生塌陷,当厚跨比大于4小于11.1,卵石颗粒含量大于临界卵石颗粒含量时,土层仅发生塌陷但不溃砂,小于该数值后,土层会发生溃砂,当厚跨比小于4时,无论卵石颗粒含量多大,土体均发生溃砂;(2)溃砂过程可大致分为四个阶段:初始阶段、贯通阶段、扩径阶段和稳定阶段;(3)固定卵石颗粒含量、漏口直径的情况下,塌陷影响范围和塌陷中心深度随土层厚度的增大而增大;圆形漏口诱发的塌陷在平面上呈圆形,剖面上近似呈二次曲线,立面上近似呈漏斗形;(4)土体溃砂后的塌陷范围与形状破坏角有关,破坏角比土体天然休止角大18°;(5)本文研究结果可为同类隧道工程的灾害治理及预防提供借鉴和参考。
2022 Vol. 39 (5): 8-13 [
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14
咬合桩-旋喷锚索基坑支护体系分析
张广超, 侯强松, 吉兆腾, 张大帅, 夏溪岑, 刘国冲, 赵红华
研究目的:
以烟台大商城市乐园项目A1地块基坑支护为工程背景,介绍咬合桩-旋喷锚索支护结构在该工程中的应用,提出通过挠度等效确定咬合桩弹性模量的方法,采用有限元软件ABAQUS分析基坑开挖时咬合桩和旋喷锚索受力和变形的规律,研究不同因素对锚索支护效果及基坑稳定性的影响。
研究结论:
(1)咬合桩-旋喷锚索支护结构是一种适用于软土地区、安全、经济的基坑支护体系;(2)通过改变旋喷锚索的长度、角度、预应力的设置对基坑支护效果起到重要作用,一定范围内,基坑稳定性随锚索长度增加而提高;锚索倾角在15°时,基坑的稳定性最高;(3)模拟结果和监测对比分析表明,本文所提出的咬合桩弹性模量的挠度等效计算方法是合理的,挠度等效法对咬合桩弹性模量计算起到借鉴作用。
2022 Vol. 39 (5): 14-19 [
摘要
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长大干线:线路与轨道
20
400 km/h高速铁路最小曲线半径取值研究
梁晨
研究目的:
时速400 km高速铁路是多个国家的追求目标和发展方向。目前,时速400 km高速铁路在国内外均处于前期论证阶段,相关设计标准也尚未系统建立。最小平面曲线半径是高速铁路线路设计的主要技术标准之一,对列车速度和建设成本具有很大影响。目前,国内外相关设计标准尚未对时速400 km条件下高速铁路曲线半径取值进行规定,因此有必要开展相关参数先期研究,为后续工程应用提供支撑。
研究结论:
(1)本文基于400 km/h高速铁路最小曲线半径理论计算值,开展了
R
=7 000 m曲线不同欠过超高条件下的行车性能现场试验,明确了欠过超高与列车动力响应指标之间的关联关系;(2)运用车轨耦合动力学方法,获取了400 km/h速度条件下
R
=7 000 m和
R
=7 500 m曲线行车安全性、舒适性和钢轨磨耗的差异;(3)基于试验和仿真结果,建议400 km/h新建线路的最小曲线半径取值为7 500 m(欠超高限值90 mm),为后续线路性能提升留有余量;既有350 km/h高铁提速线路的最小曲线半径取值为7 000 m(欠超高限值100 mm);(4)本研究成果可为时速400 km高速铁路相关设计标准制定与工程应用提供技术支撑。
2022 Vol. 39 (5): 20-25 [
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26
假缝对Ⅱ型轨道板上拱稳定性影响研究
杨俊斌, 刘学毅, 杨荣山
研究目的:
Ⅱ型轨道板上拱是该型轨道结构在使用过程中存在的主要问题,目前轨道板上拱的形成机理尚未完全明确。为研究不同工作状态的假缝对轨道板上拱稳定性的影响性质,本文基于结构稳定性理论,建立可全面表征假缝形状及伤损形式的Ⅱ型轨道板上拱稳定性三维数值模型,并在充分考虑Ⅱ型轨道板的细部及整体的结构特征的基础上,拟定与不同研究内容分别对应的各种计算方案及工况;采用本文建立的数值模型计算上述各种方案与工况下的轨道板竖向位移,通过将计算的轨道板竖向位移与轨道板上拱允许矢度进行比较,分析正常及伤损状态下的假缝对轨道板上拱稳定性的影响性质、可提高轨道板上拱稳定性的新的假缝方案。
研究结论:
(1)假缝对轨道板保持上拱稳定性是有利的;(2)假缝对轨道板上拱变形线形影响很小;(3)在原假缝深度及开口宽度不变的情况下,仅将假缝的“V”型截面变为矩形截面,轨道板的上拱矢度减小约11%;(4)假缝处的伤损对轨道板保持上拱稳定性是有利的;(5)本研究成果可为进一步明确轨道板上拱的形成机理、合理制定无砟轨道养护维修方法提供参考和借鉴。
2022 Vol. 39 (5): 26-32 [
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长大干线:桥梁工程
33
铁路UHPC梁的正截面抗弯承载力计算公式及应用
蔺鹏臻, 赵鸿伟, 马俊军
研究目的:
为发挥UHPC抗拉强度高的优势,探索在铁路UHPC梁抗弯承载力设计中合理计入UHPC的抗拉强度,以现有铁路桥涵规范为基础,建立预应力UHPC矩形和T形截面梁考虑UHPC抗拉强度的正截面抗弯承载力计算公式。通过与27组试验梁的试验结果对比,验证抗弯承载力计算公式的可行性。结合24 m跨度的预应力UHPC铁路桥梁设计实例,对比分析考虑UHPC抗拉强度后梁体的抗弯承载力和安全系数。
研究结论:
(1)结合铁路桥梁设计规范体系,推导了考虑UHPC抗拉强度的铁路UHPC桥梁抗弯承载力计算公式;(2)对比27组试验梁的结果,本文抗弯承载力计算公式与试验结果吻合良好,可供工程设计使用;(3)与不考虑UHPC抗拉强度的承载力结果相比,考虑受拉区UHPC抗拉强度后的预应力UHPC梁的极限承载力可提高约6%,在进行铁路UHPC梁设计时考虑截面受拉区UHPC的贡献可进一步优化截面和节约材料;(4)本研究结果对铁路UHPC梁的设计具有理论指导意义。
2022 Vol. 39 (5): 33-38 [
摘要
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39
墩底局部加密纵筋铁路重力式桥墩的试验研究
鲁锦华, 陈兴冲, 丁明波, 马华军
研究目的:
为提高低配筋率铁路重力式桥墩的抗震性能,提出一种墩底局部加密纵向钢筋的设计方法。制作5个不同加密纵筋高度的模型桥墩,通过拟静力试验对比分析仅提高墩身底部配筋率桥墩的抗震性能。
研究结论:
(1)确定了加密纵筋高度的计算方法,推导出了加密纵筋高度的计算公式;(2)仅在墩底加密纵向钢筋可有效提高桥墩的水平承载能力和耗能能力;(3)仅在墩底加密纵向钢筋桥墩的承载能力和耗能能力基本能达到与加密处配筋率相同桥墩的承载能力和耗能能力,且刚度基本不会降低;(4)拟静力试验结果验证了墩底加密纵筋提高桥墩抗震性能的可行性以及纵筋加密高度计算方法的合理性;(5)本研究成果可应用于需要提高抗震性能桥墩的设计中。
2022 Vol. 39 (5): 39-46 [
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长大干线:隧道工程
47
深埋隧道挤压大变形分级标准与控制技术研究
朱正国, 方智淳, 韩智铭, 丁祥, 马超义, 孙明磊, 王志伟
研究目的:
深埋隧道施工中会遇到各种地质灾害,其中在高地应力软弱Χ岩条件下出现挤压性大变形破坏,已成为亟待解决的问题之一。为探究深埋隧道挤压性大变形分级标准并提出相应控制措施,以中兰客专尖山隧道为背景,通过数值模拟对深埋挤压大变形隧道受力和变形规律进行分析,并据此提出大变形分级标准评价体系,采用层次分析法和模糊综合评价法建立分级标准,以期为深埋隧道工程的安全施工提供科学指导。
研究结论:
(1)初期支护结构受力以压应力为主,左侧拱腰部λ的压应力较大,拉应力分布在拱底与拱脚部λ;(2)洞周沉降和¡起最大部λ是在拱顶和拱底处,水平收敛较大的部λ在上台阶,掌子面初始阶段的变形速度比较大;(3)将大变形等级分为严重大变形、中等大变形、轻微大变形、无大变形,并按深埋隧道挤压性大变形分级标准评价体系对尖山隧道进行风险评估;(4)现场监测结果表明,小导管超前注浆、优化ê杆长度和角度、打设锁脚ê杆、多层支护的控制技术措施对于变形控制起到良好的效果;(5)本研究成果可为相关深埋隧道工程的设计与施工提供参考和借鉴。
2022 Vol. 39 (5): 47-52 [
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53
新建隧道下穿高铁路基施工过程稳定性分析
张飞
研究目的:
为研究高铁路基在新建隧道下穿施工过程中的稳定性,本文以青平城际轨道交通下穿潍莱高铁段为研究背景,采用FLAC
3D
数值模拟软件对隧道的开挖工法进行比选,最终采用三台阶法对新建隧道进行开挖,依据现场监测结果并结合高铁路基稳定性的数值计算结果,对潍莱高铁段的安全稳定性进行深入探讨与分析。
研究结论:
(1)CD法和三台阶法均适用于该类隧道,但CD 法的施工效率低,建议在保证安全施工的前提下采用三台阶法;(2)地表沉降呈现出隧道中线处沉降量最大,离隧道中线越远沉降量越小的变化规律;(3)在开挖至高铁路基边缘和下穿段开挖完成两种情况下,隧道断面的沉降量增幅从大到小依次为隧道拱顶、拱底、拱肩和拱脚,具体为拱顶1.62 mm,拱脚0.73 mm,拱肩0.63 mm,拱底0.45 mm;(4)本文研究可为新建隧道在近距离下穿既有高铁路基过程中的设计施工提供技术支撑和理论参考。
2022 Vol. 39 (5): 53-58 [
摘要
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59
寒区隧道温度场理论解及防寒保温设防长度
袁金秀, 王道远, 王悦, 朱永全, 栾永军, 崔光耀, 崔海龙
研究目的:
当列车运行速度和频率增大时,隧道进出口防寒保温设防长度与规范建议长度存在一定差异。基于此,本文基于非稳态热传导理论、叠加原理和Bessel方程推导考虑列车风影响的寒区隧道温度场理论解,分析列车运行速度和运行间隔对隧道洞内温度场分布的影响规律,并给出考虑列车风影响的寒区隧道设防长度建议。
研究结论:
(1)本文推荐的考虑列车风影响的寒区隧道温度场理论解与现场实测误差不足10%,可运用于寒区隧道防寒保温设计;(2)列车运行速度和行车间隔未改变隧道洞内温度场分布规律,但洞内纵向温度曲线整体发生平移,增大了洞口范围内负温长度;(3)列车速度分别为100 km/h、150 km/h、200 km/h、250 km/h、300 km/h、350 km/h和400 km/h时,隧道洞口防寒保温设防长度需提升45.76%、65.55%、84.65%、110.31%、127.02%、155.21%和222.70%;(4)列车行车间隔为30 min、15 min、10 min和5 min时,隧道洞口防寒保温设防长度需提升4.28%、12.21%、28.34%和48.65%;(5)本研究成果可为寒区隧道防寒保温设计提供参考和借鉴。
2022 Vol. 39 (5): 59-64 [
摘要
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65
铁路隧道TBM施工信息化监控技术研究与应用
张民庆, 王江, 王万齐, 杨威, 贾大鹏
研究目的:
长大隧道TBM施工已在地铁、水电、市政、公路、铁路等工程得到应用,由于其结构复杂、工作环境恶劣,在受到决策失误、风险估计不足、现场操作错误等因素影响下,容易导致TBM掘进过程中出现一些异常情况,轻则影响工程进度,重则造成重大事故。针对TBM施工信息化监控技术,国内外学者进行了大量的科研攻关,取得了一些成果,但成果都偏重于实时监控,仅能反映TBM的运行状态、施工现场概况等,缺乏数据处理与分析、风险预警、业务管理、反馈指导施工等关键功能。本文依托大瑞铁路高黎贡山隧道,研究开发铁路隧道TBM施工信息化监控系统,为隧道TBM安全掘进和系统化管理提供基础。
研究结论:
(1)TBM施工信息化监控系统架构有业务架构、逻辑架构、数据架构、技术架构、功能架构5个组成部分,设计全面合理;(2)铁路隧道TBM施工信息化监控系统安全保护等级为第三级,系统均部署在中国铁路主数据中心,充分利用主数据中心已有的安全措施,结合实际需要,构建网络安全防护技术体系;(3)基于TBM施工监控系统采用文件接口与OPC接口两种数据提取方式,共同完成TBM施工数据提取;(4)将 TBM自动采集的数据实时传输至项目部电脑,然后通过互联网实时传输至服务器,用户通过访问服务器可实现对TBM施工数据的实时读取和分析;(5)高黎贡山隧道通过应用实践,对降低现场施工风险、加速施工现场与管理层信息沟通起到了重要作用;(6)本研究成果可在类似隧道TBM施工中推广应用。
2022 Vol. 39 (5): 65-72 [
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73
钢筋锈胀对混凝土构件保护层开裂影响的分析
李永珑, 张志强, 林迪睿, 龚睿凯
研究目的:
钢筋锈蚀产生的体积膨胀迫使混凝土保护层开裂,“加速”钢筋锈蚀锈胀,裂缝逐渐扩展、贯通直至结构失效的问题是土木工程长期关注的热点。现有混凝土细观研究鲜有考虑骨料级配、粒径等骨料参数因素和不同锈蚀方式下的多因素对比分析。基于此,本文通过设置不同钢筋锈胀过盈量表征均匀锈蚀和非均匀锈蚀,并结合CDP模型提取保护层表面产生裂缝时钢筋锈蚀率,研究骨料参数、保护层厚度、界面层强度对混凝土均匀和非均匀锈胀开裂时锈蚀率的影响。
研究结论:
(1)随骨料级配、粒径增大或骨料含量降低,结构的耐久性也相应提高;(2)保护层厚度增大、界面层强度提高可减小试件中微裂缝数量和主裂缝长度,同时延缓保护层表面的开裂;(3)本研究结果可为钢筋混凝土结构设计提供有益参考。
2022 Vol. 39 (5): 73-79 [
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长大干线:通信信号
80
CTCS系统增加平交道口监控功能的系统方案研究
张友兵, 崔佳诺, 王建敏, 陈志强, 张国振
研究目的:
平交道口是铁路和公路的交叉路口,对平交道口进行有效管理和安全监控,可以提高平交道口安全和通过效率。国内现有的平交道口技术存在自动化程度低、效率低下等问题,且CTCS系统未将平交道口监控作为系统功能的一部分,CTCS系统和平交道口系统存在割裂,降低了平交道口的安全性和通过效率。本文借鉴ETCS系统平交道口安全防护方案,提出CTCS系统增加平交道口监控功能的系统方案。
研究结论:
(1)CTCS系统增加平交道口监控功能,车载设备实时向地面设备报告列车位置和速度,地面设备在合理时机关闭平交道口,可缩短平交道口关闭时间,提高平交道口道路通过能力;(2)地面设备将平交道口信息发送给列车上的车载设备,车载设备对平交道口限速进行安全监控,可降低司机劳动强度,避免人为失误,提高平交道口安全监控自动化水平和安全水平;(3)本研究成果可为CTCS系统增加平交道口监控功能提供借鉴。
2022 Vol. 39 (5): 80-84 [
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85
城际铁路无线通信业务服务质量指标研究
姜博, 蔺伟, 梁轶群, 胥昊
研究目的:
为加快构建新发展格局,促进经济要素顺畅流动,建设以轨道交通为骨干的现代化综合交通网络成为服务国家重大战略的重要支撑,推动城际铁路等轨道交通融合发展的需求日益迫切。当前,大量计划和在建的城际铁路存在与干线铁路、城市轨道交通的互联互通需求,但尚无关于无线通信业务的统一标准,GSM-R、LTE、5G、Wi-Fi、毫米波等多种移动通信技术制式并存。为满足城际铁路通信业务需求,促进互联互通进程,对城际铁路无线通信业务种类、承载方式和服务质量指标的研究迫在眉睫。
研究结论:
(1)提出了15种城际铁路无线通信业务的应用场景、通信模式、业务特点和服务质量指标;(2)结合5G等当前主流通信制式,提出了适用于城际铁路的通信系统及其适合承载的通信业务种类;(3)验证了城际铁路无线通信业务服务质量指标的可行性;(4)本研究成果对城际铁路与干线铁路、城市轨道交通在移动通信方面技术规范衔接融合,提升运输生产安全与效率,提升运输服务品质具有参考意义。
2022 Vol. 39 (5): 85-90 [
摘要
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3232
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长大干线:电气化工程
91
基于机器视觉的接触网吊弦缺陷检测研究
刘杰, 许建国, 高春丽, 刘裘航
研究目的:
为解决电气化铁路接触网人工巡检效率低和耗时长的问题,针对接触网吊弦存在的缺陷进行研究,创建一种应用高清图像采集技术和图像缺陷识别建模技术的高铁接触网吊弦缺陷检测系统。
研究结论:
(1)通过引入视觉智能技术,可建立接触网吊弦安装状态图像检测标准,创建吊弦缺陷图像数据库,对吊弦缺陷状态进行动态智能快速识别检测;(2)该系统使用Faster R-CNN神经网络模型对吊弦缺陷图片数据进行训练,对吊弦缺陷图片数据进行数据变换处理并加载于模型进行识别训练,训练结果中均值平均精度(mAP)可达81.36%;(3)创建的高铁接触网吊弦缺陷检测系统识别速率、准确率较高,提高了检测效率,减少了人为的漏检问题;(4)本研究成果可为传统接触网巡检方式变为智能化巡检提供新的途径,具有一定的参考价值。
2022 Vol. 39 (5): 91-97 [
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98
铁路隧道内接触网预埋槽道标准的优化探讨
朱飞雄, 王涛
研究目的:
铁路隧道内接触网预埋槽道在其设计使用年限、碳钢槽道防腐处理方式等方面存在较大争议,导致《电气化铁路接触网隧道内预埋槽道》TB/T 3329—2013执行困难。本文通过国内外铁路相关标准要求的调查研究和技术分析,并对热浸镀锌、共渗钝化封闭复合防腐(PCA)、热浸镀锌+表面涂层三种防腐方案从铁路标准支持、检验试验通过、工程应用情况、环境保护节能和防腐生产成本等方面进行综合对比,找出解决方案。
研究结论:
(1)槽道设计使用年限与环境腐蚀等级有关,与槽道防腐层的耐腐性能没有直接定量的换算关系;(2)槽道设计使用年限应满足接触网系统运营部门对预埋槽道的设计寿命要求,或按照隧道接触网重要性等级划分为30年、50年、100年3个档次供具体工程建设项目选用;(3)热浸镀锌、PCA、热浸镀锌+表面涂层三种防腐方案综合对比,PCA方案最优;(4)建议在TB/T 3329—2013标准中增加PCA防腐处理工艺,以满足工程需求;(5)该研究成果可为TB/T 3329—2013标准修订、铁路隧道内接触网预埋槽道的设计、制造和运维提供参考。
2022 Vol. 39 (5): 98-101 [
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工程经济与管理
102
交通建设项目投资方案智能决策方法研究
段晓晨, 董茹萍, 郝晶晶
研究目的:
现行交通建设项目投资估算办法难以准确反映交通建设项目的复杂性、非线性和全生命周期的特点,本文以西阜高速公路为例,综合运用PSO、BPNN、FIS和BIM三维技术进行交通建设项目全生命周期成本估算和投资方案比选。
研究结论:
(1)建立交通建设项目投资估算信息资料数据库,为投资方案筛选提供一定的历史数据;(2)结合拟建项目工程特征,采用PSO方法筛选出与其相似的工程案例,基于BP神经网络模型分别预测其建设成本和未来20年运营成本,再用FIS预测其未来21~100年运营成本,结合三部分数据得到全生命周期成本;(3)从经济角度出发,以全生命周期成本最优为决策准则,采用BIM三维技术建立投资方案可视化模型,以便决策者从备选方案中寻优;(4)本研究结论可为交通建设项目投资方案决策提供参考。
2022 Vol. 39 (5): 102-107 [
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108
基于支持向量机的铁路隧道洞身工程造价预测
刘少非, 侯大山
研究目的:
铁路工程项目前期投资估算的准确性对铁路建设项目的方案比选和投资控制起着至关重要的作用。目前,我国铁路工程投资估算主要以单位指标法、概预算定额法为主,整个过程相对复杂且耗时,估算准确性也依赖于从业人员的工作经验和能力水平。本文利用机器学习算法,以铁路隧道洞身工程为研究对象,构建基于支持向量机(SVM)和极限学习机(ELM)的造价预测模型,并收集若干隧道样本对模型进行训练和测试。通过实例验证和比较,选择适用性更强的算法,利用历史数据快速对隧道洞身造价进行预测,从而提高投资估算和方案比选的精度和效率。
研究结论:
(1)相较于ELM算法,SVM具有较高的预测精度和稳定性,预测结果的平均绝对百分比误差(MAPE)仅为3.41%,满足精度要求;(2)本研究成果为铁路隧道洞身工程的造价评估和预测提供了一种新型的、智能的数据驱动型的建模方法,并且通过仿真结果可知,该模型具有较好的可行性和适用性。
2022 Vol. 39 (5): 108-114 [
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