一种隧道施工超前地质探测方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种隧道施工超前地质探测方法及系统，其方法包括：利用有限三元仿真技术对目标山体进行建模，获取目标山体的三维模型，获取目标山体的反馈声波数据集，根据所述反馈声波数据集确定目标山体的断层结构，采集目标山体的微震信息，根据所述微震信息确定目标山体的不良地质结构并对其进行定位，在所述三维模型上标定出所述断层结构和不良地质结构结合待施工隧道的施工参数判断隧道施工可行性，可以全面地确定目标山体的不良地质结构进而为后续隧道的施工决策奠定了有效的参考基础，可以规避局部地质结构良好对隧道施工的施工决策影响，提高了稳定性。提高了稳定性。提高了稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种隧道施工超前地质探测方法及系统


[0001]本专利技术涉及地质探测
，尤其涉及一种隧道施工超前地质探测方法及系统。

技术介绍

[0002]随着国内公路、铁路、水利、矿山及其他工程建设的飞速发展，隧道工程也大量出现。隧道施工前由于地形复杂、隧道埋深大、地表勘察技术有限，在地勘阶段不能全部查清沿线的不良地质情况，在隧道施工过程中，常因地质问题出现塌方、涌水等自然灾害。因此，开展针对隧道掌子面前方断层破碎带、断层结构等多重不良结构超前预报与定量识别研究，是保障隧道施工建设安全的迫切需求，具有重大的理论意义和工程价值。现有的超前地质探测方法为向隧道施工山体发送探测信号，根据信号反馈来确定地质情况，其存在以下问题：探测信号的发送区域仅仅局限于待修建隧道周围的固定范围内，其地质检测结果仅仅局限于施工山体的部分，无法规避整个山体的地质结构所带来的影响从而使得后续决策错误埋下安全隐患，降低了安全性。

技术实现思路

[0003]针对上述所显示出来的问题，本专利技术提供了一种隧道施工超前地质探测方法及系统用以解决
技术介绍
中提到的探测信号的发送区域仅仅局限于待修建隧道周围的固定范围内，其地质检测结果仅仅局限于施工山体的部分，无法规避整个山体的地质结构所带来的影响从而使得后续决策错误埋下安全隐患，降低了安全性的问题。
[0004]一种隧道施工超前地质探测方法，包括以下步骤：
[0005]利用有限三元仿真技术对目标山体进行建模，获取目标山体的三维模型；
[0006]获取目标山体的反馈声波数据集，根据所述反馈声波数据集确定目标山体的断层结构；
[0007]采集目标山体的微震信息，根据所述微震信息确定目标山体的不良地质结构并对其进行定位；
[0008]在所述三维模型上标定出所述断层结构和不良地质结构结合待施工隧道的施工参数判断隧道施工可行性。
[0009]优选的，所述利用有限三元仿真技术对目标山体进行建模，获取目标山体的三维模型，包括：
[0010]通过遥感技术获取目标山体的背景参数和结构参数；
[0011]提取所述背景参数和结构参数各自对应的实体参数特征；
[0012]利用所述有限三元仿真技术将所述实体参数特征转化为仿真参数特征；
[0013]将所述仿真参数特征输入到预设网络模型中获得所述目标山体的三维模型。
[0014]优选的，所述获取目标山体的反馈声波数据集，根据所述反馈声波数据集确定目标山体的断层结构，包括：
[0015]根据目标山体的卫星云图估算出其预测体积，基于所述预测体积和声波探测信号的信号特性确定探测超声波的目标声波强度；
[0016]生成目标声波强度的探测超声波并将其导入到目标山体的多个预设采样点中，接收每个采样点的反馈声波数据集；
[0017]根据每个采样点的反馈声波数据集绘制该采样点所覆盖纵截面区域的地质阵列曲线图；
[0018]根据每个采样点所覆盖纵截面区域的地质阵列曲线图获取目标山体的平均地质参数，根据所述平均地质参数与每个采样点所覆盖纵截面区域的地质阵列曲线图的相关系数确定目标山体的断层结构。
[0019]优选的，所述根据所述平均地质参数与每个采样点所覆盖纵截面区域的地质阵列曲线图的相关系数确定目标山体的断层结构，具体为：
[0020]将每个采样点所覆盖纵截面区域对应的横截面区域划分为多个子区域；
[0021]根据每个采样点所覆盖纵截面区域的地质阵列曲线图确定每个子区域的探测反馈信号强度变化情况；
[0022]根据个子区域的探测反馈信号强度变化情况确定每个采样点所覆盖纵截面区域对应的横截面区域的地质参数变化情况；
[0023]确定每个采样点所覆盖纵截面区域对应的横截面区域的地质参数变化情况与所述平均地质参数的相关系数，将相关系数小于等于预设阈值的横截面结构确定为目标山体的断层结构。
[0024]优选的，所述采集目标山体的微震信息，根据所述微震信息确定目标山体的不良地质结构并对其进行定位，包括：
[0025]在所述目标山体上设置多个微震监测检波器和超前探测检波器并启动其检测序列进行检测，获取第一检测数据和第二检测数据；
[0026]将所有第一检测数据和第二检测数据进行整合以获得目标山体的微震信息；
[0027]对所述微震信息进行数据处理和反演成像，获取反演结果；
[0028]根据所述反演结果确定目标山体的不良地质结构并对其进行定位。
[0029]优选的，所述在所述三维模型上标定出所述断层结构和不良地质结构结合待施工隧道的施工参数判断隧道施工可行性，包括：
[0030]确定所述断层结构和不良地质结构在三维模型上的所在空间坐标区域；
[0031]根据断层结构和不良地质结构在三维模型上的所在空间坐标区域在所述三维模型上标定出所述断层结构和不良地质结构；
[0032]根据待施工隧道的施工参数确定待施工隧道的施工长度和施工面积；
[0033]基于所述待施工隧道的施工长度和施工面积在所述三维模型上构建待施工隧道的通道构架；
[0034]评估所述通道构架与三维模型上标定出的断层结构和不良地质结构之间的影响度和冲突度，根据评估结果判断隧道施工可行性。
[0035]优选的，所述方法还包括：
[0036]获取地质相关评价因子并调取每个相关评价因子的标准数据组；
[0037]根据所述地质相关评价因子和每个相关评价因子的标准数据组构建地质模型评
价数据集；
[0038]计算每个相关评价因子的权重系数，根据所述权重系数和地质模型评价数据集构建地质风险评价模型；
[0039]将所述断层结构和不良地质结构各自的地质结构参数输入到所述地质风险评价模型中确定目标山体的地质风险度。
[0040]优选的，所述提取所述背景参数和结构参数各自对应的实体参数特征，包括：
[0041]提取所述背景参数对应的多个实体环境特征；
[0042]构建预设全局坐标系，将所述结构参数中每个组成结构的平面区域参数映射到所述预设全局坐标系中获得目标山体的外部轮廓实体；
[0043]提取所述外部轮廓实体对应的特征参数并对其进行阵列化处理，获得处理后的特征参数；
[0044]根据所述多个实体环境特征获取背景参数对应的第一实体参数特征以及根据处理后的特征参数获取结构参数对应的第二实体参数特征。
[0045]优选的，所述方法还包括：
[0046]通过电流激励源生成电流信号，将所述电流信号导入到目标山体的一侧中生成扩散电流；
[0047]在目标山体的另一侧接收扩散电流并检测其电势差的变化情况；
[0048]根据扩散电流电势差的变化情况确定目标山体的含水结构；
[0049]在三维模型上标定出所述含水结构并进一步判断隧道施工可行性。
[0050]一种隧道施工超前地质探测系统，该系统包括：
[0051]建模模块，用于利用有限三本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种隧道施工超前地质探测方法，其特征在于，包括以下步骤：利用有限三元仿真技术对目标山体进行建模，获取目标山体的三维模型；获取目标山体的反馈声波数据集，根据所述反馈声波数据集确定目标山体的断层结构；采集目标山体的微震信息，根据所述微震信息确定目标山体的不良地质结构并对其进行定位；在所述三维模型上标定出所述断层结构和不良地质结构结合待施工隧道的施工参数判断隧道施工可行性。2.根据权利要求1所述隧道施工超前地质探测方法，其特征在于，所述利用有限三元仿真技术对目标山体进行建模，获取目标山体的三维模型，包括：通过遥感技术获取目标山体的背景参数和结构参数；提取所述背景参数和结构参数各自对应的实体参数特征；利用所述有限三元仿真技术将所述实体参数特征转化为仿真参数特征；将所述仿真参数特征输入到预设网络模型中获得所述目标山体的三维模型。3.根据权利要求1所述隧道施工超前地质探测方法，其特征在于，所述获取目标山体的反馈声波数据集，根据所述反馈声波数据集确定目标山体的断层结构，包括：根据目标山体的卫星云图估算出其预测体积，基于所述预测体积和声波探测信号的信号特性确定探测超声波的目标声波强度；生成目标声波强度的探测超声波并将其导入到目标山体的多个预设采样点中，接收每个采样点的反馈声波数据集；根据每个采样点的反馈声波数据集绘制该采样点所覆盖纵截面区域的地质阵列曲线图；根据每个采样点所覆盖纵截面区域的地质阵列曲线图获取目标山体的平均地质参数，根据所述平均地质参数与每个采样点所覆盖纵截面区域的地质阵列曲线图的相关系数确定目标山体的断层结构。4.根据权利要求3所述隧道施工超前地质探测方法，其特征在于，所述根据所述平均地质参数与每个采样点所覆盖纵截面区域的地质阵列曲线图的相关系数确定目标山体的断层结构，具体为：将每个采样点所覆盖纵截面区域对应的横截面区域划分为多个子区域；根据每个采样点所覆盖纵截面区域的地质阵列曲线图确定每个子区域的探测反馈信号强度变化情况；根据个子区域的探测反馈信号强度变化情况确定每个采样点所覆盖纵截面区域对应的横截面区域的地质参数变化情况；确定每个采样点所覆盖纵截面区域对应的横截面区域的地质参数变化情况与所述平均地质参数的相关系数，将相关系数小于等于预设阈值的横截面结构确定为目标山体的断层结构。5.根据权利要求1所述隧道施工超前地质探测方法，其特征在于，所述采集目标山体的微震信息，根据所述微震信息确定目标山体的不良地质结构并对其进行定位，包括：在所述目标山体上设置多个微震监测检波器和超前探测检波器并启动其检测序列进
行检测，获取第一检测数据和第二检测数据；将所有第一检测数据和第二检测数据进行整合以获得目标山体的微震信息；对所述微震信息进行数据处理和反演成像，获取反...

【专利技术属性】
技术研发人员：高军，张洪伟，高源，薛惠玲，刘凯文，乔文庭，袁冉，周斌，刘仍兵，柴丽，张宇杰，赵鑫，李娜，常智慧，张磊，
申请(专利权)人：内蒙古自治区交通建设工程质量监测鉴定站内蒙古自治区交通运输科学发展研究院，
类型：发明
国别省市：