【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及隧道和地下工程，尤其涉及一种基于开挖验证约束的隧道超前预报修正方法。
技术介绍
1、我国中西部地区多为山区，大型基建工程项目中不乏地下工程，并且多为项目建设的控制性工程。绝大多数工程所在区域地形、地质条件复杂，工程勘察难度较大。由于工程物探自身原理所限，其探测分辨率会随深度的增加而减小，无法满足深部地下工程在施工过程中对于掌子面前方精细地质结构探测的需求。特别是断层带、褶皱、节理裂隙等构造比较复杂，地下水丰富的区域，隧道的施工难度和风险会显著提升，在通过诸如软岩、断层带和风化岩等软弱围岩时，往往会由于强烈挤压变形和破坏而发生卡机、塌方、突涌水等事故。
2、现有用于隧道超前地质预报的方法主要分为三大类，包括工程地质调查、电法探测和地震法。其中工程地调主要依据地质构造规律，通过地表调查、地质素描、钻探等分析隧道前方地质情况；电法探测包括地质雷达、激发极化、瞬变电磁等，通过反演掌子面前方电性界面或电阻率分布确定前方构造和水的分布情况；地震法包括tsp、hsp、trt等，通过反演掌子面前方阻抗界面和岩体波速来识别前方岩性界面和断层破碎带。随着超前地质预报方法的和技术的发展，目前已经形成了一套综合超前地质预报方法。该方法以地质构造规律为基础，地质素描和地震勘探为主要方法，重点区域加测电法的方式对掌子面前方进行综合判识。
3、虽然综合超前地质预报技术相比单一的方法，其准确率有所提高，但目前的预报结果依然无法满足现场施工的需求，其预测精度依然有待提高。
技术实现思路p>
1、鉴于以上技术问题，本公开提供了一种基于开挖验证约束的隧道超前预报修正方法，解决了现有技术中工程所在区域地形、地质条件复杂，工程勘察难度较大，探测分辨率小，无法满足深部地下工程在施工过程中对于掌子面前方精细地质结构探测的需求，易发生卡机、塌方、突涌水等事故，导致隧道的施工难度和风险高的技术问题。
2、根据本公开的一个方面，提供一种基于开挖验证约束的隧道超前预报修正方法，
3、包括以下步骤：
4、(1)形成超前探测的结果；
5、(1.1)超前探测的物探数据采集：得出视电阻率响应曲线和视极化率响应曲线；
6、(1.2)初始模型建模及确定先验条件：构建物理参数模型，并利用步骤(1.1)得出的数据确定物理参数模型中对应的先验条件；
7、(1.3)反演超前探测结果：利用步骤(1.1)中的数据，对步骤(1.2)得出的模型进行反演，对比结果的逻辑符合程度，以逻辑关联结果判定其准确性，当准确性合格时，步骤(1)判定完成，不合格时，重新开启步骤(1.1)；
8、(2)以隧道开挖掌子面岩性作为先验信息对步骤(1)的超前探测的结果进行约束和修正；
9、(2.1)tbm掘进或钻爆法掌子面揭示：以已掘进段岩层信息或钻爆法掌子面出岩层信息为样本，初定岩层数据信息；
10、(2.2)掌子面岩性界面识别：以步骤(2.1)中的数据信息为基础，筛分出差异处里程作为物理模型先验信息；
11、(2.3)修正：结合步骤(2.2)中的先验信息，和最终(1.1)步骤中的物探数据，以掌子面岩性界面为约束，进行超前探测结果修正，进而进行二次反演，对比结果的逻辑符合程度，以逻辑关联结果判定其准确性，当准确性合格时，步骤(2)判定完成，不合格时，重新开启步骤(2.1)。
12、所述电法包括如下步骤：首先，通过沿隧道环向与轴向间隔布设的激发电极激发，然后，沿掌子面平面阵列的接收电极接收，最后，测得不同接收点视电阻率响应曲线和视极化率响应曲线，再通过地球物理反演得到电阻率模型；
13、所述视电阻率响应曲线包括全空间视电阻率、含隧道腔体视电阻率、和全空间电阻率；所述视极化率响应曲线包括全空间视极化率、含隧道腔体视极化率、和全空间极化率；
14、所述地震法包括tsp或hsp，所述tsp包括如下步骤：自掌子面沿隧道轴线间隔布设若干震源孔，依次锤击或爆炸震源孔，测得每个震源孔的地震波记录，经过数据处理后得到隧道内不同位置处的地震波速模型。
15、相邻震源孔之间间隔1m，共计24个震源孔，其中1#震源孔距离掌子面距离1m，24#震源孔距离接收器7m。
16、所述步骤(1.2)中初始模型建模及确定先验条件，包括如下步骤：以隧道断面的4倍洞径为宽和高，以30米或100米为探测长度构建物理参数模型，并确定物理参数模型中对应的先验条件；所述先验条件包括掌子面及掌子面附近围岩速度、电阻率、围岩破碎程度、节理发育；所述电阻率由步骤(1.1)测得。
17、所述步骤(1.3)中反演超前探测结果包括：根据初始模型、约束条件和观测数据进行反演运算，得到反演后的物理模型，并揭示得到超前探测结果；所述约束条件包括步骤(1.1)中的地震波速模型与电阻率模型之间的相互约束，所述地球物理模型包括三维地震波速度模型和三维电阻率模型。
18、所述步骤(2.1)中tbm掘进，包括如下步骤：利用tbm掘进数据和施工记录对应里程段的围岩记录为样本，进行岩石力学试验，得到岩性、岩石力学参数信息，通过聚类分析和回归分析，将岩石力学参数与掘进参数进行关联映射，建立tbm掘进数据与围岩分级/岩性映射的岩-机作用模型，再将实时的tbm掘进数据输入岩-机模型中预测掌子面的岩性/围岩分级情况。
19、所述步骤(2.1)中钻爆法掌子面揭示，包括如下步骤：爆破后对新掌子面进行岩性识别，对新掌子面进行取样并做岩石物理实验记录实验参数。
20、所述实验参数包括：岩石种类，节理裂隙发育程度，完整性，强度。
21、所述步骤(2.2)中掌子面岩性界面识别，包括如下步骤：根据tbm和钻爆法对掌子面的岩性分析，在围岩等级为iii或iv级界面或掌子面完整性存在差异时，记录界面里程，并作为物理模型先验信息。
22、所述步骤(2.3)中以掌子面岩性界面为约束，进行超前探测结果修正，包括如下步骤：将先验信息和物探数据再次进行反演运算，并得到新的地球物理模型结果，根据新的三维地震波速度模型和三维电阻率模型得出岩石信息，以新的结果和解释代替原有的结果。
23、所述反演运算包括如下步骤：
24、a、建立目标函数：联合反演方法利用各种物性参数之间的岩石物理关系或结构上的相似性，根据物性参数推算目标函数；
25、b、测量数据带入目标函数进行运算；
26、c、设置迭代次数限制目标函数容许误差。
27、本专利技术的有益效果在于：
28、1.通过揭示的掌子面作为先验信息给超前地质预报的地质模型提供约束；可以提高未开挖段超前探测结果的准确性；实现超前地质预报结果的实时更新，提升其整体的准确性；高频次的超前地质预报，提升远距离探测的准确性；
29、2.通过利用掌子面岩性作为先验信息，对超前探测的结果进行约束和修正，可以更准确地反映隧道前方的地质情况，提高了预报的准本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于开挖验证约束的隧道超前预报修正方法，其特征在于：
2.如权利要求1所述的基于开挖验证约束的隧道超前预报修正方法，其特征在于：所述步骤(1.1)中超前探测的物探数据采集采用电法或地震法进行。
3.如权利要求1所述的基于开挖验证约束的隧道超前预报修正方法，其特征在于：所述步骤(1.2)中初始模型建模及确定先验条件，包括如下步骤：以隧道断面的4倍洞径为宽和高，以30米或100米为探测长度构建物理参数模型，并确定物理参数模型中对应的先验条件；所述先验条件包括掌子面及掌子面附近围岩速度、电阻率、围岩破碎程度、节理发育；所述电阻率由步骤(1.1)测得。
4.如权利要求1所述的基于开挖验证约束的隧道超前预报修正方法，其特征在于：所述步骤(1.3)中反演超前探测结果包括：根据初始模型、约束条件和观测数据进行反演运算，得到反演后的物理模型，并揭示得到超前探测结果；所述约束条件包括步骤(1.1)中的地震波速模型与电阻率模型之间的相互约束，所述地球物理模型包括三维地震波速度模型和三维电阻率模型。
5.如权利要求1所述的基于开挖验证约束的隧道超
6.如权利要求1所述的基于开挖验证约束的隧道超前预报修正方法，其特征在于：所述步骤(2.1)中钻爆法掌子面揭示，包括如下步骤：爆破后对新掌子面进行岩性识别，对新掌子面进行取样并做岩石物理实验记录实验参数。
7.如权利要求1所述的基于开挖验证约束的隧道超前预报修正方法，其特征在于：所述步骤(2.2)中掌子面岩性界面识别，包括如下步骤：根据TBM和钻爆法对掌子面的岩性分析，在围岩等级为III或IV级界面或掌子面完整性存在差异时，记录界面里程，并作为物理模型先验信息。
8.如权利要求1所述的基于开挖验证约束的隧道超前预报修正方法，其特征在于：所述步骤(2.3)中以掌子面岩性界面为约束，进行超前探测结果修正，包括如下步骤：将先验信息和物探数据再次进行反演运算，并得到新的地球物理模型结果，根据新的三维地震波速度模型和三维电阻率模型得出岩石信息，以新的结果和解释代替原有的结果。
9.如权利要求4或8所述的基于开挖验证约束的隧道超前预报修正方法，其特征在于：所述反演运算包括如下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种基于开挖验证约束的隧道超前预报修正方法，其特征在于：
2.如权利要求1所述的基于开挖验证约束的隧道超前预报修正方法，其特征在于：所述步骤(1.1)中超前探测的物探数据采集采用电法或地震法进行。
3.如权利要求1所述的基于开挖验证约束的隧道超前预报修正方法，其特征在于：所述步骤(1.2)中初始模型建模及确定先验条件，包括如下步骤：以隧道断面的4倍洞径为宽和高，以30米或100米为探测长度构建物理参数模型，并确定物理参数模型中对应的先验条件；所述先验条件包括掌子面及掌子面附近围岩速度、电阻率、围岩破碎程度、节理发育；所述电阻率由步骤(1.1)测得。
4.如权利要求1所述的基于开挖验证约束的隧道超前预报修正方法，其特征在于：所述步骤(1.3)中反演超前探测结果包括：根据初始模型、约束条件和观测数据进行反演运算，得到反演后的物理模型，并揭示得到超前探测结果；所述约束条件包括步骤(1.1)中的地震波速模型与电阻率模型之间的相互约束，所述地球物理模型包括三维地震波速度模型和三维电阻率模型。
5.如权利要求1所述的基于开挖验证约束的隧道超前预报修正方法，其特征在于：所述步骤(2.1)中tbm掘进，包括如下步骤：利用tbm掘进数据和施工记录对应里程段的围岩记录为样本，进行岩石力学试验，得到...
【专利技术属性】
技术研发人员：张理蒙，刘永胜，周嵩，曾垂刚，李志军，尹龙，陈桥，潘岳，谢韬，张继超，杨振兴，许自文，
申请(专利权)人：中铁隧道局集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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