用于隧道围岩分级的辨识方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供用于隧道围岩分级的辨识方法，其包含：采集凿岩机在隧道掌子面钻进时的随钻参数数据以及随钻参数数据对应位置的岩石地质信息，并对随钻参数数据进行标准化处理；对经过标准化处理后的随钻参数数据进行数据分析，结合岩石地质信息，确定同一位置随钻参数与围岩强度之间的关系；采集隧道掌子面的掌子面图像，对掌子面图像进行图像处理，确定同一位置掌子面图像与岩石完整程度的判别关系；综合同一位置随钻参数与围岩强度之间的关系以及同一位置掌子面图像与岩石完整程度的判别关系，对隧道围岩进行分级判断，确定隧道围岩等级。本发明专利技术能够通过采集的隧道掌子面图像、随钻参数数据以及岩石地质信息对隧道围岩的等级进行确定。

Identification Method and Device for Classification of Tunnel Surrounding Rock

The invention provides an identification method for classification of tunnel surrounding rock, which includes: collecting data of drilling parameters while drilling on tunnel face and rock geology information of corresponding position of drilling parameters data, standardizing processing of data of drilling parameters, data analysis of data of drilling parameters after standardization, and identifying the same by combining rock geology information. The relationship between location while drilling parameters and surrounding rock strength; the face image of tunnel face is collected and processed to determine the discriminant relationship between face image and rock integrity at the same location; the relationship between parameters while drilling at the same location and surrounding rock strength, and the discriminant relationship between face image and rock integrity at the same location are synthesized to determine the surrounding rock integrity. The rock is classified and judged to determine the surrounding rock grade of the tunnel. The method can determine the grade of tunnel surrounding rock by collecting tunnel face image, while drilling parameter data and rock geological information.

【技术实现步骤摘要】
用于隧道围岩分级的辨识方法及装置
本专利技术涉及围岩探测领域，具体地说，涉及一种用于隧道围岩分级的辨识方法及装置。
技术介绍
近年来，随着高速铁路的发展，山区铁路的建设日益增多，相应的隧道建设也日益增多。隧道围岩分级是选择施工方法的依据，是确定衬砌结构的类型尺寸、确定结构荷载等的基础。目前来说，传统的围岩分级方法围岩的分级存在较大的难度是因为目前对于围岩的分级指标与围岩等级之间尚未建立精确的本构关系，或者说就是对于用什么指标能够真实、准确的反应围岩等级还没找到确切的答案，并且各级围岩之间没有明确的界限。以上情况就注定围岩等级的划分是一个困难的过程，需要综合运用各种信息。因此，本专利技术提供了一种用于隧道围岩分级的辨识方法及装置。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提供了一种用于隧道围岩分级的辨识方法，所述方法包含以下步骤：采集凿岩机在隧道掌子面钻进时的随钻参数数据以及所述随钻参数数据对应位置的岩石地质信息，并对所述随钻参数数据进行标准化处理；对经过标准化处理后的随钻参数数据进行数据分析，结合所述岩石地质信息，确定同一位置随钻参数与围岩强度之间的关系；采集隧道掌子面的掌子面图像，对所述掌子面图像进行图像处理，确定同一位置掌子面图像与岩石完整程度的判别关系；综合同一位置随钻参数与围岩强度之间的关系以及同一位置掌子面图像与岩石完整程度的判别关系，对隧道围岩进行分级判断，确定隧道围岩等级。根据本专利技术的一个实施例，所述随钻参数数据包含：钻进速率数据、推进压力数据、冲击压力数据、回转压力数据、回转速度数据、水压力数据以及水流量数据。根据本专利技术的一个实施例，所述岩石地质信息包含：岩石强度、地下水情况、结构构造以及围岩等级划分结果历史信息。根据本专利技术的一个实施例，对所述随钻参数数据进行标准化处理的步骤中，还包含以下步骤：通过Min-Max标准化处理方法对所述随钻参数进行线性变换，将所述随钻参数数据转化为无量纲数据。根据本专利技术的一个实施例，确定同一位置随钻参数与围岩强度之间的关系的步骤中，还包含以下步骤：对经过标准化处理后随钻参数数据，运用主成分分析方法进行降维处理，得到降维随钻参数数据；针对所述降维随钻参数数据，采用主元分析方法确定随钻参数中的独立自由变量，根据所述独立自由变量分析随钻参数与所述岩石地质信息之间的关系，得到分析结果；依据所述分析结果，利用统计学方法分析岩石强度与随钻参数之间的变化规律，确定同一位置随钻参数与围岩强度之间的关系。根据本专利技术的一个实施例，对所述掌子面图像进行图像处理的步骤中，还包含以下步骤：利用Canny算子对所述掌子面图像进行边缘检测，确定所述掌子面图像中的边界；针对所述掌子面中的边界，采用数学形态学细化算法进行细化处理，得到单像素宽边界；依据得到的所述单像素宽边界，提取掌子面岩石质量指标、单位面积裂隙长度以及平均裂隙间距。根据本专利技术的一个实施例，所述方法还包含：当确定的所述隧道围岩等级存在偏差，对同一位置随钻参数与围岩强度之间的关系以及同一位置掌子面图像与岩石完整程度的判别关系进行修正。根据本专利技术的另一个方面，还提供了一种用于隧道围岩分级的辨识装置，所述装置包含：采集及标准化模块，其用于采集凿岩机在隧道掌子面钻进时的随钻参数数据以及所述随钻参数数据对应位置的岩石地质信息，并对所述随钻参数数据进行标准化处理；围岩强度模块，其用于对经过标准化处理后的随钻参数数据进行数据分析，结合所述岩石地质信息，确定同一位置随钻参数与围岩强度之间的关系；岩石完整度模块，其用于采集隧道掌子面的掌子面图像，对所述掌子面图像进行图像处理，确定同一位置掌子面图像与岩石完整程度的判别关系；围岩等级模块，其用于综合同一位置随钻参数与围岩强度之间的关系以及同一位置掌子面图像与岩石完整程度的判别关系，对隧道围岩进行分级判断，确定隧道围岩的等级。根据本专利技术的一个实施例，所述采集及标准化模块包含：线性变换单元，其用于通过Min-Max标准化处理方法对所述随钻参数进行线性变换，将所述随钻参数数据转化为无量纲数据。根据本专利技术的一个实施例，所述围岩强度模块包含：降维单元，其用于对经过标准化处理后随钻参数数据，运用主成分分析方法进行降维处理，得到降维随钻参数数据；分析单元，其用于针对所述降维随钻参数数据，采用主元分析方法确定随钻参数中的独立自由变量，根据所述独立自由变量分析随钻参数与所述岩石地质信息之间的关系，得到分析结果；确定单元，其用于依据所述分析结果，利用统计学方法分析岩石强度与随钻参数之间的变化规律，确定同一位置随钻参数与围岩强度之间的关系。本专利技术提供的用于隧道围岩分级的辨识方法通过采集的隧道掌子面图像、随钻参数数据以及随钻参数数据对应位置的岩石地质信息对隧道围岩的等级进行确定。适用于各种条件的隧道，盾构隧道及山岭隧道均可使用，可以直接利用隧道施工时的凿岩机，不需借助其它设备也不需单独钻孔。并且，本专利技术能够在实施隧道施工的同时对掌子面前方围岩进行等级判别，本专利技术操作简便，具备无人化操作前景。本专利技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。附图说明附图用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本专利技术的实施例共同用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的限制。在附图中：图1显示了根据本专利技术的一个实施例的用于隧道围岩分级的辨识方法流程图；图2显示了根据本专利技术的一个实施例的用于隧道围岩分级的辨识方法进行围岩强度分析的流程图；图3显示了根据本专利技术的一个实施例的用于隧道围岩分级的辨识方法进行图像处理的流程图；图4显示了根据本专利技术的另一个实施例的用于隧道围岩分级的辨识方法流程图；以及图5显示了根据本专利技术的一个实施例的用于隧道围岩分级的辨识装置结构框图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合附图对本专利技术实施例作进一步地详细说明。目前关于围岩分级的方法主要有定性、定量和定性与定量结合这三种基本方式。定性划分围岩等级对于知识、经验的成分依赖较大，有一定的人为主观因素和不确定性，实际使用中，往往存在不一致，随勘察人员认知和经验的差别，可能对同一围岩作出级别不同的判断。采用定性分类的围岩类别，有时不同人员作出的围岩分类会出现较大的差别，因此该方法存在明显的弊端。定量划分围岩等级主要是依据大量的数据总结，根据对围岩性质进行测试的指标给予评分，再根据相关公式计算后得出围岩的质量指标，并以该指标值进行分类，划分围岩级别。目前应用比较广泛、影响较大的定量划分方法有岩体质量分级法、RMR围岩分级法和Q值法。岩石质量指标分级法，是国际上通用的鉴别岩石工程性质好坏的方法，由美国伊利诺斯大学提出和发展起来。该方法是利用钻孔的修正岩芯采取率来评价岩石质量的优劣。即用直径为75mm的金刚石钻头和双层岩芯管在岩石中钻进，连续取芯，每次钻进所取岩芯中，长度大于10cm的岩芯段长度之和与该回次进尺的比值，以百分比表示，根据百分比大小将围岩划分为5个类别，其中1类表示岩石质量指标最好，5类表示岩石质量指标最差。RMR围岩分级法是由南非工程师Bieniawski总结了300多条隧道的记录基础上得出的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于隧道围岩分级的辨识方法，其特征在于，所述方法包含以下步骤：采集凿岩机在隧道掌子面钻进时的随钻参数数据以及所述随钻参数数据对应位置的岩石地质信息，并对所述随钻参数数据进行标准化处理；对经过标准化处理后的随钻参数数据进行数据分析，结合所述岩石地质信息，确定同一位置随钻参数与围岩强度之间的关系；采集隧道掌子面的掌子面图像，对所述掌子面图像进行图像处理，确定同一位置掌子面图像与岩石完整程度的判别关系；综合同一位置随钻参数与围岩强度之间的关系以及同一位置掌子面图像与岩石完整程度的判别关系，对隧道围岩进行分级判断，确定隧道围岩等级。

【技术特征摘要】
1.一种用于隧道围岩分级的辨识方法，其特征在于，所述方法包含以下步骤：采集凿岩机在隧道掌子面钻进时的随钻参数数据以及所述随钻参数数据对应位置的岩石地质信息，并对所述随钻参数数据进行标准化处理；对经过标准化处理后的随钻参数数据进行数据分析，结合所述岩石地质信息，确定同一位置随钻参数与围岩强度之间的关系；采集隧道掌子面的掌子面图像，对所述掌子面图像进行图像处理，确定同一位置掌子面图像与岩石完整程度的判别关系；综合同一位置随钻参数与围岩强度之间的关系以及同一位置掌子面图像与岩石完整程度的判别关系，对隧道围岩进行分级判断，确定隧道围岩等级。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述随钻参数数据包含：钻进速率数据、推进压力数据、冲击压力数据、回转压力数据、回转速度数据、水压力数据以及水流量数据。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述岩石地质信息包含：岩石强度、地下水情况、结构构造以及围岩等级划分结果历史信息。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述随钻参数数据进行标准化处理的步骤中，还包含以下步骤：通过Min-Max标准化处理方法对所述随钻参数进行线性变换，将所述随钻参数数据转化为无量纲数据。5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，确定同一位置随钻参数与围岩强度之间的关系的步骤中，还包含以下步骤：对经过标准化处理后随钻参数数据，运用主成分分析方法进行降维处理，得到降维随钻参数数据；针对所述降维随钻参数数据，采用主元分析方法确定随钻参数中的独立自由变量，根据所述独立自由变量分析随钻参数与所述岩石地质信息之间的关系，得到分析结果；依据所述分析结果，利用统计学方法分析岩石强度与随钻参数之间的变化规律，确定同一位置随钻参数与围岩强度之间的关系。6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述掌子面图像进行图像处理的步骤中，还包含以下步骤：利用Canny算子对所述掌子面图像进行边缘检测，确定所述掌子面图像中...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘飞香，郑大桥，廖金军，杜义康，易达云，肖正航，蒋海华，杜洋，伍容，
申请(专利权)人：中国铁建重工集团有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43