基于超前地质预报数据的围岩智能超前分级方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了基于超前地质预报数据的围岩智能超前分级方法及系统，具体是一种基于超前地质钻孔、地震波发射法TSP、地质雷达法、红外探水法和多元数据综合运用的隧道围岩定量化超前分级方法。通过将超前地质预报数据与围岩分级常规评价指标建立联系，将每项常规评价指标转化成易获取的超前地质预报数据，以常规评价指标定量化分级为依据，对超前地质预报数据进行定量化分级，分别对超前地质预报数据指标进行参数敏感性分析，确定各指标在围岩分级中的权重占比，建立定量化分级标准，结合多项分级指标构建综合评价模型，实现隧道施工前围岩的智能分级。该方法属于隧道建设围岩分级领域，具体的可用于指导围岩施工前的智能超前分级。级。级。

【技术实现步骤摘要】
基于超前地质预报数据的围岩智能超前分级方法及系统


[0001]本专利技术涉及一种隧道施工前基于超前地质预报数据的围岩定量化智能超前分级方法及系统，属于隧道建设围岩分级领域；具体的涉及结合超前地质预报手段在隧道施工前采用定量化指标确定围岩超前分级的思路和方法。

技术介绍

[0002]隧道围岩工程级别的确定是最为基础、也是最为重要的内容，准确获取隧道围岩级别是正确设计与施工的基本前提。由于围岩分级是所有岩石工程设计和施工管理的基本依据，围岩级别的变动而变更设计(支护结构参数、施工方法等)不仅延误工期，也大幅度增加施工成本，同时给工程质量也会造成一定影响。
[0003]中国专利201410474413.3提出一种基于围岩变形监控与数值模拟的隧道超前地质预报方法，将当前段围岩的实际分级情况与通过综合超前地质预报法对当前段围岩前方一段距离的围岩的进行的初步定性分级相结合，对当前段围岩前方一段距离的围岩进行综合定量分析，修正综合超前地质预报法对前方一段距离围岩进行超前预报得出的定性分级数据，减少超前预报中的人为主观性，增加地质预报的客观性；通过采取“通过一段，验证一段，预报一段”的方式，将下一段定性得出的围岩级别与定量得出的当前段围岩级别互相比较，以定量分析得出下一段围岩级别，修正定性分析所获得的下一段围岩级别和围岩参数，可对隧道围岩超前地质预报进行综合评价，大大提高了隧道超前预报的准确性。
[0004]目前，国内外现有的围岩分级方法常以定性为主。定性分级的做法是，在现场对影响岩体质量的诸因素进行定性描述、鉴别、判断，或对主要因素做出评判、打分，有的还引入部分量化指标进行综合分级。以定性为主的分级方法，如现行的公路、铁路隧道围岩分级等方法经验的成分较大，有一定人为因素和不确定性，在使用中，往往存在不一致，随勘察人员的认识和经验的差别，对同一围岩做出级别不同的判断。采用定性分级的围岩级别，常常出现与实际差别1～2级的情况。并且根据定性分级方法的特点，其针对的是开挖完成后的掌子面信息，开挖前的围岩信息描述则无法实现。
[0005]由上述背景知识可知，目前隧道围岩分级常采用定性描述的分级方法，该方法下分级是基于开挖完成后对掌子面的描述实现的，但隧道开挖前的超前分级对指导隧道开挖支护更加重要。而在隧道施工前的围岩分级常采用TSP和地质雷达方法进行预判，但由于隧道穿越区域往往地质条件复杂，需要勘察人员利用有限的信息进行分析与推测，超前地质预报结果的读取存在主观性，对操作人员专业性要求很高，不容易达到预期效果，并且不便于被结构设计、工程建设等领域的人员直观认识和有效利用。因此，想要准确指导隧道合理开挖和支护则需要实现隧道开挖前的围岩定量化超前分级方法，减少人为因素的影响。

技术实现思路

[0006]本专利技术首先获取超前地质预报数据，将超前地质预报数据与常规围岩分级指标建立联系，结合钻孔数据、物探数据等多元数据，构建定量化分级指标，实现隧道围岩的超前
定量化分级。
[0007]本专利技术的目的在于提供了一种基于超前地质预报数据的围岩智能化分级方法，具体的是一种基于超前地质钻孔、地震波发射法(TSP)、地质雷达法、红外探水法和多元数据综合运用的隧道围岩定量化超前分级方法。通过将超前地质预报数据与围岩分级常规评价指标建立联系，将每项常规评价指标转化成易获取的超前地质预报数据，以常规评价指标定量化分级为依据，对超前地质预报数据进行定量化分级，分别对超前地质预报数据指标进行参数敏感性分析，确定各指标在围岩分级中的权重占比，建立定量化分级标准，结合多项分级指标构建综合评价模型，实现隧道施工前围岩的智能分级。该方法属于隧道建设围岩分级领域，具体的可用于指导围岩施工前的智能超前分级。
[0008]本专利技术采用的技术方案为一种基于超前地质预报数据的围岩智能化分级方法，具体的是一种基于多元数据融合的隧道围岩定量化超前分级方法。确定隧道开挖后常规围岩分级评价指标，通过将超前地质预报数据与围岩分级常规评价指标建立联系，将每项常规评价指标转化成超前地质预报数据，以常规评价指标定量化分级为依据，对超前地质预报数据进行定量化分级，分别对超前地质预报数据指标进行参数敏感性分析，确定各指标在围岩分级中的权重占比，建立定量化分级标准，结合多项分级指标构建综合评价模型，实现隧道施工前围岩的智能分级。
[0009]所述的隧道围岩定量化超前分级方法主要实现的技术手段包括基于超前地质钻孔、地震波发射法TSP、地质雷达法、红外探水法和多元数据综合运用。
[0010]具体实现方法如下：
[0011]步骤(1)建立岩石强度与钻孔数据对应关系；主要是通过凿岩钻孔台车获取的地质钻孔数据，基于地质钻孔数据建立钻孔参数与岩石强度关系，将岩石强度指标转换为超前钻孔参数。
[0012]步骤(2)建立岩体中节理、裂隙结构面的发育程度与地质雷达数据对应关系，采用地质雷达数据来表征节理发育程度，建立定量化指标确定节理发育等级。
[0013]步骤(3)建立结构面的性质和状态与地震波发射超前地质预报数据对应关系，结构面的性质指抗剪强度和抗拉强度。所述的结构面的状态表示结构面的延展性、连续性、是否含有充填物以及充填物的类型和厚度。
[0014]步骤(4)建立岩体的风化程度与波速测试数据对应关系，岩石的风化程度结合钻孔数据和波速测试结果综合评价，从而建立定量化指标。
[0015]步骤(5)建立地下水与红外探水数据对应关系，建立基于红外探水数据的定量化指标确定地下水含量，进行地下水含量分级。
[0016]步骤(6)建立结构面产状对稳定性的影响定量化分级指标，结构面对围岩稳定性影响以及考虑结构面产状影响，判断对隧道施工不利的结构面。
[0017]步骤(7)分别对上述(1)
‑
(6)中确立的指标进行参数敏感性分析，确定各指标在围岩分级中的权重占比，建立定量化分级标准，实现隧道施工前围岩级别的智能判识。采用该方法将每项指标转化成易获取的超前地质预报数据，进行围岩的超前分级为后续施工方法提供帮助。对比其他围岩分级方法对该方法进行检验验证，并做修正，最终实现隧道开挖前的围岩超前定量化分级。
[0018]进一步地，步骤(3)中是采用地震波发射超前地质预报方法获取掌子面前方结构
面状态，并反演出结构面性质。将结构面性质和状态转换成地震波发射超前地质预报数据实现结构面的定量化评价。
[0019]进一步地，步骤(6)中是根据地震波发射结果获取岩体物理力学参数，采用数值模拟方法建立含不同结构面产状的三维数值模型，结合数值模拟结果揭示不同结构面产状对围岩变形影响规律，构建结构面对稳定性影响等级，建立定量化参数评价影响等级。
[0020]进一步地，围岩分级常规评价指标包括岩石强度、节理及裂隙发育程度、结构面性质和状态、风化程度、结构面产状、地下水；将围岩分级常规评价指标转化为超前地质预报数据，超前地质预报数据包括钻孔数据、地质雷达、TSP超前地质预报数据、钻孔数据波速测试、数值模拟确定影响等级、红外探本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于超前地质预报数据的围岩智能化分级方法，其特征在于，通过将超前地质预报数据与围岩分级常规评价指标建立联系，将每项围岩分级常规评价指标转化成超前地质预报数据，以围岩分级常规评价指标定量化分级为依据，对超前地质预报数据进行定量化分级，分别对定量化分级后的超前地质预报数据进行参数敏感性分析，确定各指标在围岩分级中的权重占比，建立定量化分级标准，结合定量化分级标准构建综合评价模型，实现隧道施工前围岩的智能分级。2.根据权利要求1所述的基于超前地质预报数据的围岩智能化分级方法，其特征在于，实现上述围岩智能化分级方法的技术手段包括基于超前地质钻孔、地震波发射法TSP、地质雷达法、红外探水法和多元数据综合运用。3.根据权利要求1或2所述的基于超前地质预报数据的围岩智能化分级方法，其特征在于，具体实现方法如下：(1)建立岩石强度与钻孔数据对应关系，完成围岩智能化分级中关于岩石强度与钻孔数据的指标；(2)建立岩体中节理、裂隙结构面的发育程度与地质雷达数据对应关系，完成围岩智能化分级中关于岩体中节理、裂隙结构面的发育程度与地质雷达数据的指标；(3)建立结构面的性质和状态与地震波发射超前地质预报数据对应关系，结构面的性质指抗剪强度和抗拉强度；所述的结构面的状态表示结构面的延展性、连续性、是否含有充填物以及充填物的类型和厚度，完成围岩智能化分级中关于结构面的性质和状态与地震波发射超前地质预报数据指标；(4)建立岩体的风化程度与波速测试数据对应关系，建立定量化指标，完成围岩智能化分级中岩体的风化程度与波速测试数据指标；(5)建立地下水与红外探水数据对应关系，建立基于红外探水数据的定量化指标确定地下水含量，进行地下水含量分级，完成围岩智能化分级中岩体的基于红外探水数据的定量化指标确定地下水含量指标；(6)建立结构面产状对稳定性的影响定量化分级指标，结构面对围岩稳定性影响以及考虑结构面产状影响，判断对隧道施工不利的结构面，完成围岩智能化分级中结构面产状对稳定性的影响指标；(7)分别对上述(1)
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(6)中确立的指标进行参数敏感性分析，确定各指标在围岩分级中的权重占比，建立定量化分级标准，实现隧道施工前围岩级别的智能判识；对比其他围岩分级方法对该方法进行检验验证，并做修正，最终实现隧道开挖前的围岩智能化分级。4.根据权利要求3所述的基于超前地质预报数据的围岩智能化分级方法，其特征在于，步骤(1)中，通过凿...

【专利技术属性】
技术研发人员：李杨，朱正国，朱瑞扩，刘利，钱政权，郭志强，王森昌，韩伟歌，韩智铭，
申请(专利权)人：石家庄铁道大学中国铁建股份有限公司，
类型：发明
国别省市：