¿Análisis de minería de datos e identificación de riesgos de deformación del pozo de cimentación profunda del metro?
Palabras clave: pozo de cimentación profundo del metro; identificación de riesgos; extracción de datos Introducción Un gran número de prácticas de ingeniería han demostrado que los accidentes de ingeniería y las fuentes de peligros de ingeniería que ocurren en proyectos de pozos de cimentación tienen un fuerte impacto en ciertas fluctuaciones en. datos de seguimiento. Los diversos comportamientos del pozo de cimentación durante el proceso de construcción están impulsados esencialmente por sus leyes mecánicas inherentes. A través de la extracción y el análisis de los datos de monitoreo, se puede concluir que se pueden encontrar las leyes ocultas en los datos aparentes. Por lo tanto, sobre la base de la recopilación sistemática de datos, estudiamos las reglas de deformación de los pozos de cimentación durante el proceso de construcción y utilizamos métodos de análisis de datos avanzados y razonables para descubrir la conexión entre las características de los datos de monitoreo y los peligros del proyecto, controlando así los riesgos de la construcción. de proyectos futuros, es una tarea muy necesaria. La minería de datos es un buen concepto: el proceso de extraer información y conocimiento implícitos de grandes cantidades de datos incompletos, ruidosos, confusos y aleatorios. Esta información y conocimiento son desconocidos para las personas, conocidos o ignorados, pero potencialmente útiles. Con el rápido desarrollo de la tecnología de la información, la cantidad de datos acumulados por las personas ha aumentado drásticamente, a menudo medida en Mbytes. Cómo extraer conocimientos útiles a partir de datos masivos se ha convertido en una prioridad absoluta. La minería de datos es una tecnología de procesamiento de datos producida y desarrollada en respuesta a esta necesidad. Es un paso clave en el descubrimiento de conocimiento (descubrimiento de conocimiento en bases de datos). La tecnología de minería de datos por computadora se originó a partir del aprendizaje de inteligencia artificial, comenzó a desarrollarse gradualmente a fines de la década de 1980 y ha logrado buenos resultados de aplicación en varios campos. Es una de las formas efectivas de resolver los problemas de análisis, resumen e inducción de datos masivos. Su proceso básico se muestra en la Figura 1.
En la etapa de preparación de la minería de datos, es necesario completar la selección y muestreo de datos, así como la determinación de los objetivos de minería, en la etapa de implementación de la minería de datos, es necesario preprocesar los datos; datos de acuerdo con los objetivos de minería y transformar los datos en una forma fácil de usar Indicadores de minería para formar patrones o modelos en la fase de verificación de la minería de datos, los datos deben usarse para verificar la confiabilidad y aplicabilidad del conocimiento obtenido; procedente de la minería. Al mismo tiempo, la minería de datos es la base de datos para el análisis de riesgos. La minería de datos puede obtener una gran cantidad de datos para uso directo en el análisis de riesgos cuantitativos, lo que hace que los juicios de riesgos sean más científicos y precisos. 1 Conceptos y métodos de minería de datos 1.1 Métodos de minería de datos Actualmente, existen seis métodos de minería de datos más utilizados: ① Método de red neuronal Su desventaja es que tiene una naturaleza de "caja negra" y es difícil comprender el aprendizaje y la decisión. -Proceso de confección de la red. Algoritmo genético, el algoritmo es relativamente complejo y el problema de convergencia temprana de la convergencia en el mínimo local aún no se ha resuelto. (Los principales problemas del método del árbol de decisión son: dificultad para expresar conceptos complejos; énfasis insuficiente en la relación mutua entre personas del mismo género; poca capacidad para resistir el ruido. Método de conjunto aproximado, dado que la base matemática de los conjuntos aproximados es la teoría de conjuntos, Es difícil manejar directamente los atributos continuos. Los atributos continuos son muy comunes en las tablas de información reales. El método de análisis estadístico utiliza principios estadísticos para analizar la información en la base de datos (6) El método de conjuntos difusos utiliza la teoría de conjuntos difusos para realizar juicios y decisiones confusos. sobre problemas prácticos: reconocimiento de patrones difusos y análisis de agrupamiento difuso. La teoría general de conjuntos difusos utiliza grados de membresía para describir cosas difusas que son propiedades de sí o no. Dado que este artículo extrae una gran cantidad de datos deterministas, es adecuado utilizar el análisis estadístico. Métodos Determinación del objetivo de minería Con base en el tamaño de las muestras de datos recopiladas, este artículo toma la relación relativa entre el estado estable del pozo de cimentación y los datos de monitoreo del inclinómetro como el objetivo de minería de datos.
Tomando como objetivo el juicio del nivel de riesgo de la ingeniería de pozos de cimentación, se puede dividir en los siguientes tres niveles de riesgo diferentes: (1) el estado de equilibrio estable básico durante el proceso de colocación de los pozos de cimentación (2) el estado inestable incontrolable cuando hay peligro; ocurre en el proyecto; (3) Un estado peligroso pero controlable entre los dos primeros estados, el estado de equilibrio básicamente estable es el más común y la probabilidad de peligro en el proyecto es menor que los otros dos estados; 1.3 Selección y muestreo de datos Teniendo en cuenta la representatividad, universalidad y validez de los datos, resumimos los datos de monitoreo de 356 tuberías inclinadas en 17 proyectos recolectados por el sistema, y eliminamos las tuberías inclinadas con datos válidos por menos de 26 días y aquellas sin Para tuberías inclinadas con datos regulares, los 193 pozos restantes y 11,811 días de datos de tuberías inclinadas se utilizaron como datos de muestra para la extracción de datos. Ver Tabla 1. 2 Minería de datos e identificación de riesgos de la ingeniería de cimientos Como se mencionó anteriormente, la predicción de riesgos de la ingeniería de cimientos está estrechamente relacionada con los cambios en los datos de monitoreo. A través de la extracción y el análisis de los datos de monitoreo, se pueden encontrar indicadores cuantitativos de sus conexiones internas. Identificar oportunamente los pozos de cimentación. Desde la perspectiva de la deformación, el estado de riesgo específico de los pozos de cimentación es: colapso del pozo de cimentación, inestabilidad por deslizamiento de tierra, deformación excesiva de los muros de contención, patadas, etc. [2] Desde una perspectiva de sistema, diferentes sistemas de ingeniería muestran diferentes modos o leyes de falla (como se muestra en la Figura 2). Para los sistemas de ingeniería de cimientos, se ha demostrado que los cambios acelerados en los datos de deformación antes de la falla son un presagio de riesgo.
El estado estable ideal del pozo de cimentación puede describirse por su estado de equilibrio mecánico inherente. Es decir, con base en los datos básicos, constituye la escala original, las condiciones de comparación, las condiciones de establecimiento y las soluciones óptimas, y luego constituye un sistema casi sin riesgo, un modelo ideal de sistema libre de riesgos. De hecho, se puede obtener mediante métodos mecánicos, como mediante el método de elementos finitos del sistema general de varillas. La compensación de la deformación real (estado flotante) del pozo de cimentación en relación con la deformación calculada teóricamente (estado ideal) puede considerarse como la compensación del estado estable (como se muestra en la Figura 3). A juzgar por una gran cantidad de prácticas de ingeniería, la compensación real de la ingeniería del pozo de cimentación determina el estado estable no por su valor de compensación absoluto, sino por la tasa de compensación (es decir, la aceleración de la deformación) para descubrir riesgos potenciales a tiempo. Esto es importante para el proyecto. tiene una gran importancia práctica.
Después de que los parámetros medidos del objeto de evaluación se transforman mediante minería de datos, forman el modelo de estado flotante (modelo ajustable) del objeto de evaluación [3]. Basado en el modelo de estado ideal del pozo de cimentación, complementado con el modelo flotante de observación real, la comparación y separación de errores de los dos modelos se puede realizar de la siguiente manera: F (N1, N2,..., Nn-1) -f(n1, n2,...,nn 1)=E(el, e2,.... en l), donde el término F representa el modelo ideal; el término f representa el modelo flotante; el error entre ambos. El error positivo en la Figura 3 indica que el modelo flotante del pozo de cimentación se está desviando del valor establecido del modelo de estado ideal. El error negativo indica que el modelo flotante del sistema de pozo de cimentación excede el sistema ideal. La posibilidad de riesgos en los proyectos de pozo de cimentación es. alto.Cuanto mayor sea el valor del error, mayor será el riesgo. 2.1 Determinación de indicadores de riesgo Basado en la literatura, la experiencia en ingeniería y las características de cambio de datos reflejadas en los peligros de ingeniería, este estudio utiliza el valor máximo de medición de la pendiente y la tasa máxima de deformación como los principales indicadores para la excavación de pozos de cimentación. 2.2 Extracción de datos del valor absoluto máximo de la medición de inclinación Debido a que las profundidades de excavación de cada pozo de cimentación son diferentes, el valor absoluto máximo de la medición de inclinación no se puede comparar directamente entre pozos de cimentación. Por lo tanto, de acuerdo con el "Índice de control de seguridad de ingeniería de pozos de la Fundación de tránsito ferroviario de Shanghai" en las "Regulaciones de construcción de ingeniería de pozos de la Fundación de tránsito ferroviario de Shanghai", el valor absoluto de deformación máxima histórica de los datos de muestra se extrae y se normaliza al infinito en relación con la profundidad de excavación. El índice de grado de deformación (μ) se utiliza para considerar la relación entre el grado de deformación del pozo de cimentación y el riesgo del proyecto. Se define de la siguiente manera: μ = 1 (D - D1)/D1, (D ≤ D1); μ = 2 (D - D1)/(D 2 - D1), (D 1 lt; D ≤ D2); = 3 ( D - D1 )/( D 3 - D2 ), ( D 2 lt; D ≤ D3 );
Entre ellos, D es la cantidad máxima de deformación de la medición oblicua; D1 es el índice de control de deformación de la medición oblicua del primer pozo de cimentación; D2 es el índice de control de deformación de la medición oblicua del segundo pozo de cimentación; del tercer pozo de cimentación.
Al comparar los datos del índice de nivel de deformación (ver Tabla 2) con los casos de peligro del proyecto, se encontró que el índice de nivel de deformación del Proyecto 017, que es peligroso, es menor que el del Proyecto 002, que no lo es. peligroso además, durante el proceso de construcción y en ambos casos de colocación de pozos de cimentación, cuando el índice de nivel de deformación también alcanza un cierto valor, refleja que el riesgo del proyecto también es diferente, por lo que se puede considerar que solo es el máximo. El valor de la medición de la inclinación no puede determinar el valor máximo de la deformación del pozo de cimentación. Por lo tanto, se puede considerar que un solo indicador no puede juzgar completamente el estado peligroso del pozo.
2.3 Tasa de deformación máxima de la medición de pendientes Minería de datos La tasa de deformación máxima histórica de la medición de pendientes se resume en la Tabla 3. De la Tabla 3, se puede encontrar que los pozos C04 y C05 en el proyecto No. 017 donde Los peligros de ingeniería ocurridos son históricos. Para los dos pozos con las mayores tasas de deformación máxima, se puede considerar que la relación entre la tasa de deformación máxima y el estado del pozo de cimentación es más obvia. Además, la tasa de deformación máxima del inclinómetro en los datos de la muestra se divide en 0,1 mm/d según su frecuencia de aparición, la distribución se muestra en la Figura 4.
Se puede encontrar en la Figura 4 que la tasa de deformación máxima de la medición de inclinación se concentra en 0,3 mm/d. Hay 218 datos que superan los 4 mm/d, lo que representa 1,85 del total de datos; datos superiores a 5 mm/d, que representan el 0,81 del total de datos; Hay 218 casos de datos superiores a 4 mm/d, que representan el 1,85 del total de datos. Hay 96 casos de datos superiores a 5 mm/d, que representan el 0,81 del total de datos. Solo hay 3 casos de datos superiores a 10 mm; /d. Este resultado estadístico es consistente con la característica de que la probabilidad de que ocurran riesgos de ingeniería es relativamente baja en relación con las condiciones de seguridad de ingeniería. Con referencia a datos relevantes sobre las condiciones de construcción y ejemplos de riesgos de ingeniería, se encontró que la tasa de deformación máxima del pozo de cimentación durante la etapa de replanteo no excedía 1 mm/d, mientras que la tasa de deformación en el estado peligroso excedía los 10 mm. /d. Existen diferencias en las tasas de deformación máxima de los tres estados del pozo de cimentación para el estado de equilibrio básicamente estable, el estado controlable peligroso de la construcción normal y el estado de inestabilidad incontrolable con riesgos de ingeniería. Por lo tanto, se puede establecer una relación directa entre la tasa máxima de deformación y el estado del pozo de cimentación. 3 Resultados de la minería de datos y determinación del umbral de riesgo De acuerdo con los resultados de la minería de datos anteriores, bajo un cierto grado de deformación, la tasa de deformación máxima medida usando el ángulo de inclinación puede juzgar con mayor precisión el peligro del pozo de cimentación que el valor máximo de deformación medido usando la inclinación. ángulo. Sin embargo, para la tasa de deformación máxima de la medición de inclinación, qué tipo de índice de control debe seleccionarse como valor crítico para juzgar el peligro del pozo de cimentación y la practicidad del índice de control son muy importantes y deben analizarse más a fondo.
Si se utiliza 10 mm/d como índice de control, solo aparecen 3 casos en los datos de muestra, lo que no puede desempeñar un papel en la alerta temprana y el control de riesgos de ingeniería; además, si se alcanza la tasa máxima de deformación; medido en la pendiente no alcanza los indicadores de control, pero hay una tendencia de crecimiento continuo y deformación acelerada. El uso de indicadores de control más grandes tampoco favorece el control de los riesgos de ingeniería. Por lo tanto, se realizaron estadísticas sobre los casos en los que la tasa de deformación máxima de cada proyecto continuó superando los 3, 4 y 5 mm/d, como se muestra en la Tabla 4. Se puede observar en la Tabla 4 que la deformación de los muros de contención de los Proyectos 007, 011, 015 y 017 continúa aumentando con mayor frecuencia. Entre ellos, la deformación del pozo Q10 en el Proyecto 007 superó los 3 mm/d durante 13 días consecutivos.
La Figura 5 muestra la posición de deformación máxima, la tasa de deformación máxima y la tasa de deformación máxima. Es fácil ver en la figura que la posición de la tasa de deformación máxima se encuentra básicamente por debajo de la posición de deformación máxima hace 40 días. . Aunque la tasa de deformación continúa aumentando, no llega a 10 mm / d, y la posición de la tasa de deformación máxima continúa aumentando. Esto muestra que el suelo del muro de contención donde se ubica el agujero se excava continuamente, pero el suelo. que soporta efectivamente el pozo Q10 se excava continuamente. No se produjo deformación durante 13 días, y no es fácil ver que el pozo ha continuado deformándose.
Excavación continua, pero con soporte efectivo, el área aún se encuentra en estado de construcción normal, lo que indica que la tasa de deformación máxima de la medición de inclinación excede el valor de control, lo que no necesariamente significa un accidente de ingeniería. Esto está relacionado con el estado de control de construcción específico. El nivel de control de deformación del proyecto está estrechamente relacionado. Por lo tanto, para los pozos de cimentación de las Líneas 1 y 2 del Metro, es más apropiado utilizar de 4 a 5 mm/d como índice máximo de control inclinométrico de la tasa de deformación.
4 Conclusión A través de la extracción de datos de una gran cantidad de datos de monitoreo de ingeniería de pozos de cimentación de una determinada línea de tránsito ferroviario, se descubrió que la tasa de deformación máxima medida de la pendiente puede reflejar mejor el estado del pozo de cimentación. que el valor máximo medido de la pendiente. Se exploró cuantitativamente el índice de control de la tasa de deformación máxima de la medición de la pendiente, que se puede utilizar para juzgar automáticamente el riesgo de la ingeniería del pozo de cimentación. La práctica y la investigación de la ingeniería muestran que para proyectos de pozos de cimentación profundos en suelos blandos, cuando el nivel de control de deformación es uno o dos, es más apropiado utilizar 4-5 mm/d como índice de control para la tasa de deformación máxima de la medición del inclinómetro. En este estudio, aunque la extracción de datos se realizó a partir de datos masivos, todavía se utilizó un método de extracción de datos basado en verificación que dependía de la intervención manual, que se implementó mediante consultas, estadísticas y otros medios. Para la futura extracción de datos de enormes bases de datos gigantes, es necesario adoptar métodos de extracción de datos inteligentes por computadora basados en el descubrimiento. Sin embargo, la ingeniería geotécnica todavía está en blanco en este campo y faltan investigaciones relevantes. Referencias [1] Peng Mugen. Tecnología e implementación de almacenamiento de datos [M]. Beijing: Electronic Industry Press, 2002: Electronic Industry Press, 2002. (Peng Mugen. Tecnología e implementación de almacenamiento de datos [M]. Beijing: China Electronic Industry Press, 2002: Prensa de la industria electrónica de China, 2002). [2] Liu Jianhang, Hou Xueyuan. Manual de ingeniería de cimientos [M]. Beijing: China Construction Industry Press, 2002: China Construction Industry Press, 1997. (LIU Jian-hang, HOU Xue-yuan. Manual de ingeniería de cimientos [M]. ] ]. Beijing: China Construction Industry Press, 1997: China Construction Industry Press, 1997). [3] Tian Zheng, Ye Zhixiang, Lu Bo, Guo Jian. Análisis del método de evaluación de riesgos cuantitativos de Det Norske Veritas [J]. Análisis del método de evaluación de riesgos cuantitativos de Det Norske Veritas [J]. China Offshore Oil and Gas (Ingeniería), 2001, 13(5): 10)
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