一种隧道超深定向钻三维模型的空间几何构建方法技术

本发明专利技术公开了一种隧道超深定向钻三维模型的空间几何构建方法，通过将实际钻探日志和钻探任务书信息化处理，利用空间三角函数计算方法与BIM三维模型生成技术相结合，实现对隧道超深定向钻的三维可视化模型，对超深定向钻模型进行多角度、多尺度的立体动态观测。采用本发明专利技术方法具有数字化、易于长期存储、复杂度小、计算过程高效，既体现了超深定向钻空间位置形态，又体现了前方岩体特征，能有效探测揭示开挖面前方岩体特征、地质灾害体的空间位置，能与物探手段相结合形成隧道超前地质预报综合分析的优点。综合分析的优点。综合分析的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种隧道超深定向钻三维模型的空间几何构建方法


[0001]本专利技术涉及计算机辅助空间几何施工领域，特别是涉及一种隧道超深定向钻三维模型的空间几何构建方法。

技术介绍

[0002]超深定向钻探技术，是指在隧道开挖面上以一定的方向角和仰角采用人工控制和专门的钻进技术，使钻孔按设计要求的轨迹进行超深钻进的方法。在隧道施工的过程中，可能遇到突水涌泥、岩爆等地质灾害，一旦发生对隧道施工人员的生命安全造成巨大隐患，加强超深定向钻模型的研究对隧道施工灾害防治等工作具有重大的意义，隧道超深定向钻模型能有效探测揭示开挖面前方岩体特征、地质灾害体的空间位置，能与物探手段相结合形成隧道超前地质预报综合分析，为隧道支护注浆工程处理措施提供地质依据，防止隧道施工事故的发生。
[0003]目前，隧道超深定向钻以施工人员施工日志、钻探取芯记录、钻探位置平面图等图表形式体现，无法完成信息化存储，不能给人直观而现实的印象，更无法直接实现集成隧道超深定向钻、物探、隧道结构等的三维信息，无法完成隧道超前地质预报多种预报手段的综合分析。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中的上述不足，本专利技术提供的一种隧道超深定向钻三维模型的空间几何构建方法解决了传统方法无法实现信息化存储、无法直接实现集成隧道超深定向钻、物探、隧道结构等的三维信息以及无法完成隧道超前地质预报多种预报手段的综合分析的问题。
[0005]为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案为：一种隧道超深定向钻三维模型的空间几何构建方法，所述方法包括以下步骤：
[0006]S1：基于隧道开挖起点，在隧道进口轨底中心位置以隧道掘进方向为X轴正方向、垂直于隧道掘进方向的水平右偏方向为Y轴正方向以及海拔高方向为Z轴正方向建立隧道相对独立坐标系；
[0007]S2：基于隧道相对独立坐标系，收集不同掌子面所施工的超深定向钻的钻孔设计说明书及钻探日志，通过空间三角函数获得各超深定向钻的钻孔分层空间坐标，并对每个超深定向钻每层分层完整程度进行分类赋值获得分层完整程度文件；
[0008]S3：将各超深定向钻的钻孔分层空间坐标及分层完整程度文件输入建模软件平台中实现隧道超深定向钻三维模型的空间几何构建。
[0009]上述方案的有益效果是：本专利技术采用空间三角函数结合隧道超深定向钻开孔位置、方位角、仰角和钻探取芯结果利用BIM技术生成隧道超深定向钻三维模型，本专利技术解决了传统方法无法实现信息化存储、无法直接实现集成隧道超深定向钻、物探、隧道结构等的三维信息以及无法完成隧道超前地质预报多种预报手段的综合分析的问题。
[0010]进一步地，S2中获得各超深定向钻的钻孔分层空间坐标具体包括以下分步骤：
[0011]S2
‑
1：通过收集钻孔设计说明书获取第i个超深定向钻开孔的里程位置钻进水平方向角α
i
、钻进仰角β
i
和掌子面上的开孔位置；
[0012]S2
‑
2：将所述里程位置钻进水平方向角α
i
、钻进仰角β
i
和掌子面上的开孔位置录入数据库，并根据建立的隧道相对独立坐标系换算获得第i个超深定向钻开孔空间坐标
[0013]S2
‑
3：利用钻进水平方向角α
i
获得超深定向钻在水平面投影方向与X轴正方向的夹角α
i'
；
[0014]S2
‑
4：利用钻进仰角β
i
获得超深定向钻在垂直面投影方向与Z轴正方向的夹角β
i'
；
[0015]S2
‑
5：基于第i个超深定向钻开孔空间坐标超深定向钻在水平面投影方向与X轴正方向的夹角α
i'
以及超深定向钻在垂直面投影方向与Z轴正方向的夹角β
i'
，根据空间三角函数获得第i个超深定向钻第一段分层终点空间坐标为
[0016][0017]其中，为第i个钻孔取心第一层的分层深度；
[0018]S2
‑
6：基于超深定向钻在水平面投影方向与X轴正方向的夹角α
i'
以及超深定向钻在垂直面投影方向与Z轴正方向的夹角β
i'
，根据空间三角函数获得第i个超深定向钻的钻孔各分层空间坐标为
[0019][0020]其中，为第i个超深定向钻第N段岩石分层的起点坐标，为第i个钻孔取心第N层的分层深度；
[0021]依次计算得到第i个超深定向钻第N段岩石分层的起点坐标和终点坐标。
[0022]上述进一步方案的有益效果是：通过上述技术方案，根据钻孔设计说明书获得第i个超深定向钻开钻的里程位置、钻进水平方位角、仰角和在掌子面上的开孔位置，进一步获得第i个超深定向钻开孔空间坐标，根据空间三角函数可获得各超深定向钻钻孔分层坐标。
[0023]进一步地，S2
‑
3中获得超深定向钻在水平面投影方向与X轴正方向的夹角α
i'
具体包括以下情况：
[0024]A1：当钻进水平方向角α
i
位于第一象限，则超深定向钻在水平面投影方向与X轴正方向的夹角α
i'
为钻进水平方向角α
i
；
[0025]A2：当钻进水平方向角α
i
位于第四象限，则超深定向钻在水平面投影方向与X轴正方向的夹角α
i'
为360
°‑
α
i
。
[0026]上述进一步方案的有益效果是：通过上述技术方案，利用钻进水平方向角α
i
判断超深定向钻在水平面投影方向与X轴正方向的夹角α
i'
，因超深定向钻为探测前方岩体，超深定向钻方位角α
i
一定在第一象限(0
‑
90
°
)和第四象限(270
°‑
360
°
)的范围。
[0027]进一步地，S2
‑
4中获得超深定向钻在垂直面投影方向与Z轴正方向的夹角β
i'
具体包括以下情况：
[0028]B1：当钻进仰角β
i
为上仰角，则超深定向钻在垂直面投影方向与Z轴正方向的夹角β
i'
为钻进仰角β
i
；
[0029]B2：当钻进仰角β
i
为下仰角，则超深定向钻在垂直面投影方向与Z轴正方向的夹角β
i'
为
‑
β
i
。
[0030]上述进一步方案的有益效果是：通过上述技术方案，利用钻进仰角β
i
判断超深定向钻在垂直面投影方向与Z轴正方向的夹角β
i'
，因超深定向钻为探测前方岩体，超深定向钻仰角一定为上仰角或者下仰角。
[0031]进一步地，S2中对每个超深定向钻每层分层完整程度本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种隧道超深定向钻三维模型的空间几何构建方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：S1：基于隧道开挖起点，在隧道进口轨底中心位置以隧道掘进方向为X轴正方向、垂直于隧道掘进方向的水平右偏方向为Y轴正方向以及海拔高方向为Z轴正方向建立隧道相对独立坐标系；S2：基于隧道相对独立坐标系，收集不同掌子面所施工的超深定向钻的钻孔设计说明书及钻探日志，通过空间三角函数获得各超深定向钻的钻孔分层空间坐标，并对每个超深定向钻每层分层完整程度进行分类赋值获得分层完整程度文件；S3：将各超深定向钻的钻孔分层空间坐标及分层完整程度文件输入建模软件平台中实现隧道超深定向钻三维模型的空间几何构建。2.根据权利要求1所述的隧道超深定向钻三维模型的空间几何构建方法，其特征在于，所述S2中获得各超深定向钻的钻孔分层空间坐标具体包括以下分步骤：S2
‑
1：通过收集钻孔设计说明书获取第i个超深定向钻开孔的里程位置钻进水平方向角α
i
、钻进仰角β
i
和掌子面上的开孔位置；S2
‑
2：将所述里程位置钻进水平方向角α
i
、钻进仰角β
i
和掌子面上的开孔位置录入数据库，并根据建立的隧道相对独立坐标系换算获得第i个超深定向钻开孔空间坐标S2
‑
3：利用钻进水平方向角α
i
获得超深定向钻在水平面投影方向与X轴正方向的夹角α
i'
；S2
‑
4：利用钻进仰角β
i
获得超深定向钻在垂直面投影方向与Z轴正方向的夹角β
i'
；S2
‑
5：基于第i个超深定向钻开孔空间坐标超深定向钻在水平面投影方向与X轴正方向的夹角α
i'
以及超深定向钻在垂直面投影方向与Z轴正方向的夹角β
i'
，根据空间三角函数获得第i个超深定向钻第一段分层终点空间坐标为其中，为第i个钻孔取心第一层的分层深度；S2
‑
6：基于超深定向钻在水平面投影方向与X轴正方向的夹角α
i'
以及超深定向钻在垂直面投影方向与Z轴正方向的夹角β
i'
，根据空间三角函数获得第i个超深定向钻的钻孔各分层空间...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹杨，董秀军，张营旭，张夏临，伊小娟，冯涛，王栋，刘毅，杨科，
申请(专利权)人：成都理工大学，
类型：发明
国别省市：