【技术实现步骤摘要】
动水软弱围岩隧道全断面掘进的安全预警方法及装置
本专利技术涉及数据处理与隧道工程施工安全
，特别涉及一种动水软弱围岩隧道全断面掘进的安全预警方法及装置。
技术介绍
我国一直大力发展交通基础设施建设，铁路、公路和地铁每年都有快速的增长。在很多交通基础建设线路中都存在隧道工程，隧道工程的施工对地质情况的认识非常重要，稍有不甚就可能导致隧道施工或运营过程中发生安全事故。围绕着隧道工程的地质识别相关问题，在地质调查手段、调查方法和分析方法上，出现了地质雷达法、超前水平钻探法、TSP地震法等地质识别方法，这些方法可以对隧道掌子面前方未开挖区域的地质情况作出识别，以对隧道施工的安全状态作出评价。在隧道施工过程中，为了确保隧道施工的合理以及施工人员的安全，需要提前采集岩体信息，实时掌握隧道施工处的地质状况。传统的开挖面岩体分析主要靠地质勘测人员在施工现场手工对隧道开挖面进行地质素描并人工记录数据，仪器主要是地质罗盘和直尺，一般技术人员根据肉眼观察结果直接进行记录，这种方式得到的地质编录信息并不能完全反映隧道的真实情况...
【技术保护点】
1.一种动水软弱围岩隧道全断面掘进的安全预警方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS100建立动态坐标系，坐标系的原点跟随隧道挖掘施工进度沿隧道挖掘线路移动，记录原点移动距离并以原点为中心实时进行立体激光扫描，得到点云数据，所述点云数据包括坐标数据，实时采集围岩数据；/nS200先对点云数据进行预处理，然后进行扁形拟合，计算拟合残差，以拟合残差偏离其均值的设定倍数作为噪点判据，去除噪点；/nS300将预处理后的点云数据、围岩数据与隧道挖掘线路结合，构建隧道挖掘动态模型；/nS400根据隧道挖掘动态模型进行应力分析，以应力分析的结果判断是否发出安全预警信号；/n所述应力分析的过...
【技术特征摘要】
1.一种动水软弱围岩隧道全断面掘进的安全预警方法，其特征在于，包括以下步骤：
S100建立动态坐标系，坐标系的原点跟随隧道挖掘施工进度沿隧道挖掘线路移动，记录原点移动距离并以原点为中心实时进行立体激光扫描，得到点云数据，所述点云数据包括坐标数据，实时采集围岩数据；
S200先对点云数据进行预处理，然后进行扁形拟合，计算拟合残差，以拟合残差偏离其均值的设定倍数作为噪点判据，去除噪点；
S300将预处理后的点云数据、围岩数据与隧道挖掘线路结合，构建隧道挖掘动态模型；
S400根据隧道挖掘动态模型进行应力分析，以应力分析的结果判断是否发出安全预警信号；
所述应力分析的过程如下：
通过以下公式计算隧道横断面的各方向应力分量：
以上公式中，表示水平方向的应力分量；表示竖直方向的应力分量；
表示45度倾斜方向的应力分量；表示对复函数取实部；表示对复函数取虚部；表示隧道的水平宽度；表示隧道的竖直高度；表示虚数；
和表示复应力函数：
其中，表示水平方向的面力；表示竖直方向的面力；表示泊松比；
若计算出的隧道横断面各方向应力分量中任意一项达到或者超过围岩的应力阈值，则发出安全预警信号。
2.根据权利要求1所述的动水软弱围岩隧道全断面掘进的安全预警方法，其特征在于，在S100步骤中，所述立体激光扫描采用三维激光扫描仪，扫描得到的点云数据为离散的三维点集的坐标数据，所述围岩数据采用地质雷达采集，所述围岩数据包括掌子面的动水形状、围岩状态以及原点周边隧道侧壁、拱顶和底面的围岩状态。
3.根据权利要求2所述的动水软弱围岩隧道全断面掘进的安全预警方法，其特征在于，在S200步骤中，所述预处理为进行归一化处理，方法如下：
S210根据离散的三维点集的坐标数据构建三角网模型，确定三角网模型中各三角范围内点集的形心，在坐标系中分别对三角范围内所有点进行平移，使形心移动至坐标原点；
S220对坐标系进行一定尺寸缩放，选择采用合适的各向同性缩放因子，使点云坐标等比例缩放，使所有点到原点的平均距离等于1；
S230输出处理后三角网模型的三维点集数据。
4.根据权利要求3所述的动水软弱围岩隧道全断面掘进的安全预警方法，其特征在于，在S300步骤中，调用计算几何算法库进行隧道挖掘动态模型的构建，过程如下：
S310采用计算几何算法库，利用表面重建技术将归一化处理后三角网模型的三维点集数据进行...
【专利技术属性】
技术研发人员：高军，罗红明，姜领发，林晓，杨立云，陈敏，汤宇，刘德安，王圣，彭学军，杨文国，谢晓波，李行利，吴德兴，项小珍，
申请(专利权)人：中国科学院武汉岩土力学研究所，
类型：发明
国别省市：湖北;42
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