CN113268808A - 一种极软弱破碎围岩门式***挑顶施工数字化检测方法 - Google Patents

一种极软弱破碎围岩门式***挑顶施工数字化检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种极软弱破碎围岩门式***挑顶施工数字化检测方法，包括：构建当前施工现场的围岩三维云模型；基于所述围岩三维云模型，确定当前施工现场内的测量断面，并确定每个所述测量断面上的测量点；基于所述测量断面和所述测量点以及所述围岩三维云模型，生成对应的顶板沉降预测曲线和侧墙收敛预测曲线；基于所述顶板沉降预测曲线和所述侧墙收敛预测曲线以及外部输入的施工计划，模拟门式***挑顶施工的开挖路线。在施工过程中，对施工现场的围岩进行数字化检测，模拟门式***挑顶施工的开挖路线，并预测施工安全性，提高了极软弱破碎围岩门式***挑顶施工过程中的安全性，减少了施工隐患。

Description

一种极软弱破碎围岩门式***挑顶施工数字化检测方法
技术领域
本发明涉及数字化检测技术领域，特别涉及一种极软弱破碎围岩门式***挑顶施工数字化检测方法。
背景技术
目前，随着我国交通技术的发展，工程中的隧道施工不断增多，而其中挑顶施工是隧道施工中极其重要的一环，交通工程受到多方面因素的限制，穿越软弱破碎围岩的隧道工程越来越多，在软弱破碎围岩的隧道施工过程中，仍然存在着围岩稳定性差，顶板沉降和侧墙收敛等现象不能既准确又方便地预测，模拟开挖路线难度高、安全性低，如何在极软弱破碎围岩的情况下进行挑顶施工的安全性检测并在保证安全性的情况下模拟出开挖路线已经成为一个难题。
因此，本发明提出一种极软弱破碎围岩门式***挑顶施工数字化检测方法。
发明内容
本发明提供一种极软弱破碎围岩门式***挑顶施工数字化检测方法，用以解决上述提出的技术问题。
本发明提供一种极软弱破碎围岩门式***挑顶施工数字化检测方法，包括：
S1：构建当前施工现场的围岩三维云模型；
S2：基于所述围岩三维云模型，确定当前施工现场内的测量断面，并确定每个所述测量断面上的测量点；
S3：基于所述测量断面和所述测量点以及所述围岩三维云模型，生成对应的顶板沉降预测曲线和侧墙收敛预测曲线；
S4：基于所述顶板沉降预测曲线和所述侧墙收敛预测曲线以及外部输入的施工计划，模拟门式***挑顶施工的开挖路线。
优选的，所述的一种极软弱破碎围岩门式***挑顶施工数字化检测方法，步骤S1构建当前施工现场的围岩三维云模型包括：
S101：在施工过程中，基于超前地质探测和电阻率测量方法，获得施工现场的围岩的节理、断层结构、岩性，构成围岩信息集；
S102：基于所述围岩信息集和围岩分级模型，对施工现场的围岩进行分级；
S103：通过扫描技术获取施工现场的三维信息数据，基于所述三维信息数据，构建施工现场的三维场景坐标模型，基于所述三维场景坐标模型和围岩的分级信息数据，构成施工现场的围岩三维云模型。
优选的，所述的一种极软弱破碎围岩门式***挑顶施工数字化检测方法，S101获得施工现场的围岩的节理、断层结构、岩性包括：
基于电阻率测量工具检测围岩不同位置的岩体强度和剪切强度，构成不同位置对应的测量数据；
对所述测量数据执行各向异性反演，确定水平测量数据、垂直测量数据和所述电阻率测量工具当前对应的所处位置处的倾角；
当所述各向异性反演的误差函数超过预设的误差范围时，基于所述垂直测量数据执行垂直方向多层反演，当所述误差函数发生骤变时，则检测所述围岩的边界，基于所述边界和所述电阻率测量工具当前对应的所处位置处的倾角，确定围岩的节理；
导出垂直反演参数记录，基于误差函数未超过预设的误差范围时对应的垂直反演参数记录，确定围岩所有的断层结构；
将围岩的断层结构和不同位置的测量数据一一对应，确定每个断层结构内的岩性；
所述误差函数为所述测量数据和围岩类型对应的预设数据的差值。
优选的，所述的一种极软弱破碎围岩门式***挑顶施工数字化检测方法，S102基于所述围岩信息集和围岩分级模型，对施工现场的围岩进行分级包括：
构建样本库；
基于神经网络构建围岩分级模型，将所述样本库输入所述围岩分级模型进行训练；
基于所述测量数据，确定围岩坚硬系数，并将所述围岩坚硬系数输入训练后的围岩分级模型，获得每个断层结构内围岩的级别。
优选的，所述的一种极软弱破碎围岩门式***挑顶施工数字化检测方法，S103基于所述三维场景坐标模型和围岩的分级信息数据，构成施工现场的围岩三维云模型包括：
将所述三维场景坐标模型和围岩的分级信息数据进行融合构成施工现场的围岩初步三维云模型，并去除噪点；
基于所述融合结果和预设的三维偏差检测方法，对围岩的分级信息进行偏差检测，得到检测结果；
基于所述检测结果，对所述围岩初步三维云模型进行坐标偏差调整，获得施工现场的围岩三维云模型。
优选的，所述的一种极软弱破碎围岩门式***挑顶施工数字化检测方法，S2基于所述围岩三维云模型，确定当前施工场地导洞内的测量断面，并确定每个所述测量断面上的测量点包括：
按照预设规则，在围岩中确定与开挖大致方向垂直的第一测量断面和第一测量点，并将所述第一测量断面和所述第一测量点的三维坐标与所述围岩三维云模型关联融合；
基于所述围岩三维云模型，获取与所述第一测量断面平行的多个围岩结构切面图，并提取所述围岩结构切面图内包含的断层结构和对应的围岩信息数据；
基于所述围岩结构切面图内包含的断层结构和对应的围岩信息数据，计算所述围岩结构切面图内每个断层结构对应的围岩最小可承受压力，当所述最小可承受压力小于预设阈值时，则将对应的所述围岩结构切面图对应的围岩切面，确定为第二测量断面，并按照预设规则，确定所述第二测量点中的第一测量点；
当所述测量断面中的相邻断层结构的级别差值大于预设阈值，则将距离对应的断层边界预设距离处的点标定为第二测量点；
所述测量断面包括：第一测量断面和第二测量断面；
所述测量点包括：第一测量点和第二测量点。
优选的，所述的一种极软弱破碎围岩门式***挑顶施工数字化检测方法，S3基于所述测量断面和所述测量点以及所述围岩三维云模型，生成对应的顶板沉降预测曲线和侧墙收敛预测曲线包括：
基于所述围岩三维云模型，获取所述测量点对应的围岩级别，基于所述围岩级别，获得所述测量点处围岩对应的岩体强度；
基于所述测量点对应的岩体强度和当前高度值，计算所述测量点对应的顶板沉降系数和侧墙收敛系数；
获取外部输入的施工计划，提取施工计划中的有效数据，再基于所述有效数据提取目标数据；
基于所述目标数据和所述测量点对应的所述围岩三维云模型以及所有所述测量点对应的所述顶板沉降系数和所述侧墙收敛系数，生成所述施工计划对应的多条所述顶板沉降预测曲线和所述侧墙收敛预测曲线；
将所述顶板沉降预测曲线和所述侧墙收敛预测曲线与所述围岩三维云模型进行关联融合。
优选的，所述的一种极软弱破碎围岩门式***挑顶施工数字化检测方法，S4基于所述顶板沉降预测曲线和所述侧墙收敛预测曲线以及外部输入的施工计划，模拟门式***挑顶施工的开挖路线包括：
基于每条所述顶板沉降预测曲线和所述侧墙收敛预测曲线，确定对应的开挖路线和每条开挖路线对应的实际施工指标值；
计算每条开挖路线的所述实际施工指标值与除当前开挖路线以外对应的所述实际施工指标值的离差总和，得到不同评价标准对应的评价因素权重值，将所述评价因素权重值单位化，获得不同评价标准对应的评价因素标准权重值；
基于不同评价标准对应的所述评价因素标准权重值，构建多因素选择最优方案模型；
将每条开挖路线对应的所述实际施工指标值输入多因素选择最优方案模型，输出最高值对应的开挖路线，即为最优开挖路线；
基于所述围岩三维云模型，计算所述最优开挖路线不同位置处的围岩支护力，当所述围岩支护力不满足预设情况时，则基于所述围岩三维云模型获取对应位置处预设范围内的测量点对应的所述顶板沉降系数和所述侧墙收敛系数，构成多条所述顶板沉降局部预测曲线和所述侧墙收敛局部预测曲线，确定对应的局部开挖路线和每条局部开挖路线对应的实际局部施工指标值，并输入多因素选择最优方案模型，输出最高值对应的局部开挖路线，即为最优局部开挖路线；
基于所述最优局部开挖路线对所述最优开挖路线进行调整；
所述实际施工指标值包括：安全系数值、施工成本值、施工难度值。
优选的，所述的一种极软弱破碎围岩门式***挑顶施工数字化检测方法，计算所述围岩结构切面图内每个断层结构对应的围岩最小可承受压力：
获取所述围岩结构切面图内每个断层结构对应的最小厚度和对应的围岩级别以及围岩边界最低点,并基于所述围岩级别获取对应的围岩的坚硬系数；
基于所述围岩结构切面图内每个断层结构对应的围岩最小厚度和围岩坚硬系数以及围岩边界最低点，计算所述围岩结构切面图内每个断层结构对应的围岩最小可承受压力：
Figure 865625DEST_PATH_IMAGE001
；
式中，i为所述围岩结构切面图内的第i个断层结构且取值为[1,n] ，n为所述围岩结构切面图内的断层结构总个数，
Figure 138213DEST_PATH_IMAGE002
为第i个断层结构对应的围岩最小可承受压力，
Figure 458467DEST_PATH_IMAGE003
为围岩坚硬系数和围岩可承受压力的函数关系，
Figure 795907DEST_PATH_IMAGE004
为第i个断层结构对应的围岩坚硬系数，
Figure 753892DEST_PATH_IMAGE005
为第i个断层结构对应的围岩最小厚度处对应的围岩边界切向应力，
Figure 761162DEST_PATH_IMAGE006
为第i个断层结构对应的围岩最小厚度处对应的围岩边界基于所述三维场景坐标模型的角度且取值为
Figure 332827DEST_PATH_IMAGE007
，
Figure 473958DEST_PATH_IMAGE008
为第i个断层结构对应的围岩最小厚度处对应的围岩粘聚力，
Figure 988247DEST_PATH_IMAGE009
为第i个断层结构对应的围岩最小厚度，
Figure 87790DEST_PATH_IMAGE010
为第i个断层结构对应的围岩最小厚度处对应的围岩边界最低点的高度值。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明实施例中一种极软弱破碎围岩门式***挑顶施工数字化检测方法的流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1：
如图1所示，本发明提供一种极软弱破碎围岩门式***挑顶施工数字化检测方法，包括：
S1：构建当前施工现场的围岩三维云模型；
S2：基于所述围岩三维云模型，确定当前施工现场内的测量断面，并确定每个所述测量断面上的测量点；
S3：基于所述测量断面和所述测量点以及所述围岩三维云模型，生成对应的顶板沉降预测曲线和侧墙收敛预测曲线；
S4：基于所述顶板沉降预测曲线和所述侧墙收敛预测曲线以及外部输入的施工计划，模拟门式***挑顶施工的开挖路线。
该实施例中，所述围岩三维云模型是包含施工现场的三维场景坐标模型以及围岩的分级信息数据，所述三维场景坐标即以施工起点为原点的包含施工现场围岩实际三维尺寸的坐标，所述围岩的分级信息数据为包含围岩断层结构及其对应的级别信息。
该实施例中，所述测量断面即为与根据施工计划的施工起终点确定的施工方向垂直的围岩结构切面，所述测量断面用于确定所述测量点，所述测量点位于所述测量断面上。
该实施例中，所述顶板沉降预测曲线由计算得到每个测量点的所述顶板沉降系数构成，所述侧墙收敛预测曲线由计算得到每个测量点的所述侧墙收敛系数构成。
该实施例中，所述施工计划包含施工起点和终点以及初步开挖路线等施工数据和信息。
该实施例中，所述开挖路线即为挑顶施工的路线。
上述技术方案的有益效果是：通过根据施工现场的实地情况，生成对应的围岩三维云模型，并生成对应的顶板沉降预测曲线和侧墙收敛预测曲线，实现准确且方便地预测顶板沉降和侧墙收敛等现象，也实现了在极软弱破碎围岩的情况下进行挑顶施工的安全性检测，也实现了在保证安全性的情况下模拟出门式***挑顶施工的开挖路线。
实施例2：
在上述实施例1的基础上，所述的一种极软弱破碎围岩门式***挑顶施工数字化检测方法，步骤S1构建当前施工现场的围岩三维云模型包括：
S101：在施工过程中，基于超前地质探测和电阻率测量方法，获得施工现场的围岩的节理、断层结构、岩性，构成围岩信息集；
S102：基于所述围岩信息集和围岩分级模型，对施工现场的围岩进行分级；
S103：通过扫描技术获取施工现场的三维信息数据，基于所述三维信息数据，构建施工现场的三维场景坐标模型，基于所述三维场景坐标模型和围岩的分级信息数据，构成施工现场的围岩三维云模型。
该实施例中，所述超前地质探测可以是基于地震波反射法的TSP隧道地震波预报勘测技术。
该实施例中，所述电阻率测量方法是基于测井技术测量不同实际地层或围岩结构的电阻率获得实际地层或围岩结构对应的测井值，基于所述测井值与预设的标准比较，可以得出围岩的节理、断层结构、岩性；
其中，预设的标准为测井工具或电阻率测量工具的标准设置的；
其中，所述节理即为岩石中的裂隙，断裂构造的一类，指岩石裂开而裂面两侧无明显相对位移者（与有明显位移的断层相对）；
其中，所述断层结构是岩层断裂在其两侧发生相对运动的产物；
其中，所述岩性即为岩性是指反映岩石特征的一些属性，如结构和胶结程度等。
该实施例中，所述围岩分级模型即为预设的根据围岩的节理、断层结构、岩性设置的围岩划分标准。
该实施例中，所述扫描技术为三维激光扫描技术。
该实施例中，所述三维信息数据包括所述施工现场的围岩的实际三维尺寸。
上述技术方案的有益效果是：通过基于超前地质探测和地质描法获得的围岩信息集和围岩分级模型对施工现场的围岩进行分级，同时，基于施工现场的实地情况的三维信息数据，构建三维场景坐标模型，实现将围岩的具体信息与施工现场的三维数据结合并显示，实现了更全面的施工现场围岩信息综合，有利于后续安全性的预测和施工现场的检测。
实施例3：
在上述实施例2的基础上，所述的一种极软弱破碎围岩门式***挑顶施工数字化检测方法，S101获得施工现场的围岩的节理、断层结构、岩性包括：
基于电阻率测量工具检测围岩不同位置的岩体强度和剪切强度，构成不同位置对应的测量数据；
对所述测量数据执行各向异性反演，确定水平测量数据、垂直测量数据和所述电阻率测量工具当前对应的所处位置处的倾角；
当所述各向异性反演的误差函数超过预设的误差范围时，基于所述垂直测量数据执行垂直方向多层反演，当所述误差函数发生骤变时，则检测所述围岩的边界，基于所述边界和所述电阻率测量工具当前对应的所处位置处的倾角，确定围岩的节理；
导出垂直反演参数记录，基于误差函数未超过预设的误差范围时对应的垂直反演参数记录，确定围岩所有的断层结构；
将围岩的断层结构和不同位置的测量数据一一对应，确定每个断层结构内的岩性；
所述误差函数为所述测量数据和围岩类型对应的预设数据的差值。
该实施例中，所述电阻率测量工具即为以测量电阻率约为原理的测井工具，所述岩体强度和所述剪切强度由测井工具输出的测井值和预设的标准确定。
该实施例中，所述测量数据包括不同断层结构中的所述岩体强度和所述剪切强度。
该实施例中，所述各向异性反演为基于声波测井技术的多参数在多个方向联合反演的方法，所述各向异性反演的目标函数包括：
基于围岩不同位置的岩体强度和剪切强度旋转得到的快慢横波的波形匹配函数，也称作主函数；
主函数对方位求导后的辅助函数；
通过基于围岩不同位置的岩体强度和剪切强度在水平方向的求导，获得水平测量数据；
通过基于围岩不同位置的岩体强度和剪切强度在垂直方向的求导，获得垂直测量数据；
基于围岩不同位置的岩体强度和剪切强度在水平方向和垂直方向的求导函数变化程度，确定所述电阻率测量工具当前对应的所处位置处的倾角；
其中，多个方向包括所述三维场景坐标模型的三个坐标轴的指向。
该实施例中，所述误差范围为各向异性反演函数分别对应于所述围岩边界分布的最大误差。
该实施例中，所述垂直方向多层反演为基于声波测井技术的多参数在垂直方向对应所述围岩分布的联合反演。
该实施例中，所述边界在所述倾角方向地延伸构成的曲面即为围岩的节理。
该实施例中，所述垂直反演参数记录即为所述垂直方向多层反演对应的结果。
该实施例中，基于误差函数未超过预设的误差范围时对应的垂直反演参数记录，确定围岩所有的断层结构，其包括：
确定误差函数未超过预设的误差范围时对应的垂直反演参数记录对应的围岩分布，所述围岩分布中包含的连续围岩结构即为围岩所有的断层结构。
该实施例中，将围岩的断层结构和不同位置的测量数据一一对应，确定每个断层结构内的岩性，其包括：
基于每个断层结构的形状确定每个断层结构的结构形状；
将每个断层结构的剪切强度除以预设的标准胶结强度，获得每个断层结构的胶结程度；
其中，所述预设的标准胶结强度为
Figure 352943DEST_PATH_IMAGE011
N。
上述技术方案的有益效果是：通过电阻率测量工具检测的施工现场的围岩岩体数据的多方向和多种方式的反演，可以检测出围岩的节理、断层结构、岩性以及断层结构对应的边界，更加丰富了施工现场围岩的检测数据和信息，为后续顶板沉降程度和侧墙收敛程度的预测和开挖路线的模拟，提供了丰富的数据。
实施例4：
在上述实施例3的基础上，所述的一种极软弱破碎围岩门式***挑顶施工数字化检测方法，S102基于所述围岩信息集和围岩分级模型，对施工现场的围岩进行分级包括：
构建样本库；
基于神经网络构建围岩分级模型，将所述样本库输入所述围岩分级模型进行训练；
基于所述测量数据，确定围岩坚硬系数，并将所述围岩坚硬系数输入训练后的围岩分级模型，获得每个断层结构对应的围岩级别。
该实施例中，所述样本库包括围岩坚硬系数和对应的围岩级别。
该实施例中，所述围岩分级模型即为预设的不同围岩坚硬系数对应的围岩级别。
该实施例中，确定围岩坚硬系数即为所述测量数据中包含的岩体强度和剪切强度的乘积。
上述技术方案的有益效果是：将预设样本库输入至围岩分级模型进行训练，获得较为准确的围岩分级模型，再将所述围岩信息集确定的围岩坚硬系数输入所述围岩分级模型，可以确定每个断层结构对应的围岩级别，通过样本徐训练的所述围岩分级模型，使得围岩级别的确定结果更加准确，提高了后续顶板沉降程度和侧墙收敛程度的预测和开挖路线的模拟的准确性。
实施例5：
在上述实施例2的基础上，所述的一种极软弱破碎围岩门式***挑顶施工数字化检测方法，S103基于所述三维场景坐标模型和围岩的分级信息数据，构成施工现场的围岩三维云模型包括：
将所述三维场景坐标模型和围岩的分级信息数据进行融合构成施工现场的围岩初步三维云模型，并去除噪点；
基于所述融合结果和预设的三维偏差检测方法，对围岩的分级信息进行偏差检测，得到检测结果；
基于所述检测结果，对所述围岩初步三维云模型进行坐标偏差调整，获得施工现场的围岩三维云模型。
该实施例中，去除噪点即为去除所述围岩初步三维云模型中多余的坐标数据，包括：在三维坐标的三个坐标方向去除固定范围的坐标数据，然后，通过选取连通域根据围岩结构的数据特征，筛选合格的坐标数据。
该实施例中，三维偏差检测方法即为将施工现场实地扫描获得的三维扫描数据与去除早点后的围岩初步三维云模型进行比较；
该实施例中，基于所述检测结果，对所述围岩初步三维云模型进行坐标偏差调整即为基于所述三维偏差检测方法获得的三维坐标和坐标数据的误差结果，对所述围岩初步三维云模型进行坐标偏差调整。
上述技术方案的有益效果是：通过预设的三维偏差检测方法，可以对所述围岩初步三维云模型进行偏差检测和对应的调整，使得获得的所述围岩三维云模型更加准确，有利于提高后续顶板沉降程度和侧墙收敛程度的预测和开挖路线的模拟的准确性。
实施例6：
在上述实施例1的基础上，所述的一种极软弱破碎围岩门式***挑顶施工数字化检测方法，S2基于所述围岩三维云模型，确定当前施工场地导洞内的测量断面，并确定每个所述测量断面上的测量点包括：
按照预设规则，在围岩中确定与开挖大致方向垂直的第一测量断面和第一测量点，并将所述第一测量断面和所述第一测量点的三维坐标与所述围岩三维云模型关联融合；
基于所述围岩三维云模型，获取与所述第一测量断面平行的多个围岩结构切面图，并提取所述围岩结构切面图内包含的断层结构和对应的围岩信息数据；
基于所述围岩结构切面图内包含的断层结构和对应的围岩信息数据，计算所述围岩结构切面图内每个断层结构对应的围岩最小可承受压力，当所述最小可承受压力小于预设阈值时，则将对应的所述围岩结构切面图对应的围岩切面，确定为第二测量断面，并按照预设规则，确定所述第二测量点中的第一测量点；
当所述测量断面中的相邻断层结构的级别差值大于预设阈值，则将距离对应的断层边界预设距离处的点标定为第二测量点；
所述测量断面包括：第一测量断面和第二测量断面；
所述测量点包括：第一测量点和第二测量点。
该实施例中，所述预设规则为：在所述开挖方向每隔第一距离设定一个测量断面为所述第一测量断面，在所述测量断面上均匀设置预设个数的测量点，所述第一距离为预先设定，例如可以是五米，所述预设个数也是预先设定的，例如是
Figure 32186DEST_PATH_IMAGE012
个。
该实施例中，所述开挖大致方向由外部输入的施工计划的起点和终点确定。
该实施例中，所述围岩结构切面图是施工现场的围岩在所述开挖方向上的整体切面图。
该实施例中，计算所述最小可承受压力包含的所述围岩信息数据包括：所述围岩结构切面图内每个断层结构对应的最小厚度和对应的围岩级别以及围岩边界最低点,以及基于所述围岩级别获取对应的围岩的坚硬系数。
该实施例中，所述预设距离为预先设定的，例如可以是三米。
上述技术方案的有益效果是：通过预设的规则，确定与开挖大致方向垂直的所述第一测量断面和所述第一测量点，以及用过坍塌概率的计算，选择合适的所述第二测量断面以及所述第二测量点，有利于最大程度地获得出施工现场围岩的顶板沉降程度和侧墙收敛程度，有利于最大范围地预测施工安全性。
实施例7：
在上述实施例1的基础上，所述的一种极软弱破碎围岩门式***挑顶施工数字化检测方法，S3基于所述测量断面和所述测量点以及所述围岩三维云模型，生成对应的顶板沉降预测曲线和侧墙收敛预测曲线包括：
基于所述围岩三维云模型，获取所述测量点对应的围岩级别，基于所述围岩级别，获得所述测量点处围岩对应的岩体强度；
基于所述测量点对应的岩体强度和当前高度值，计算所述测量点对应的顶板沉降系数和侧墙收敛系数；
获取外部输入的施工计划，提取施工计划中的有效数据，再基于所述有效数据提取目标数据；
基于所述目标数据和所述测量点对应的所述围岩三维云模型以及所有所述测量点对应的所述顶板沉降系数和所述侧墙收敛系数，生成所述施工计划对应的多条所述顶板沉降预测曲线和所述侧墙收敛预测曲线；
将所述顶板沉降预测曲线和所述侧墙收敛预测曲线与所述围岩三维云模型进行关联融合。
该实施例中，基于所述测量点对应的岩体强度和当前高度值，计算所述测量点对应的顶板沉降系数和侧墙收敛系数，其包括：
Figure 525615DEST_PATH_IMAGE013
；
Figure 779748DEST_PATH_IMAGE014
；
式中，
Figure 483262DEST_PATH_IMAGE015
为第i个测量点对应的侧墙收敛系数,
Figure 248087DEST_PATH_IMAGE016
为第i个测量点对应的顶板沉降系数，
Figure 782973DEST_PATH_IMAGE017
为第i个测量点所属断层结构对应的岩体强度，
Figure 7675DEST_PATH_IMAGE018
为第i个测量点的当前高度，
Figure 995222DEST_PATH_IMAGE019
为预设的标准岩体强度，
Figure 94896DEST_PATH_IMAGE020
为第i个测量点所属测量断面的最大高度值。
该实施例中，所述有效数据是从所述施工计划中提取施工数据后，对所述施工数据进行纠错处理后的数据。
该实施例中，所述目标数据是从所述有效数据中提取的且用于构建所述顶板沉降预测曲线和所述侧墙收敛预测曲线的数据，例如：施工的起点和终点、挑顶施工的最大高度和最大宽度等。
该实施例中，基于所述目标数据和所述测量点对应的所述围岩三维云模型以及所有所述测量点对应的所述顶板沉降系数和所述侧墙收敛系数，生成所述施工计划对应的多条所述顶板沉降预测曲线和所述侧墙收敛预测曲线，其包括：
以施工的起点和终点连接构成的线段为中心，且以挑顶施工的最大高度和最大宽度分别为半径，构成两个圆柱形导洞，分别将距离对应的圆柱形导洞侧面向外方向距离最近的所有所述测量点对应的所述顶板沉降系数和所述侧墙收敛系数，按照施工的起点至终点的方向连接，构成对应的所述顶板沉降预测曲线和所述侧墙收敛预测曲线，同时，将距离对应的圆柱形导洞侧面向内方向距离最近的所有所述测量点对应的所述顶板沉降系数和所述侧墙收敛系数，按照施工的起点至终点的方向连接，构成对应的所述顶板沉降预测曲线和所述侧墙收敛预测曲线，依次方式构成多条所述顶板沉降预测曲线和所述侧墙收敛预测曲线。
上述技术方案的有益效果是：通过对所述围岩三维云模型中有关围岩数据信息的提取，获得计算所述顶板沉降系数和所述侧墙收敛系数的有效目标数据，生成了施工现场实地情况对应的多条所述顶板沉降预测曲线和所述侧墙收敛预测曲线，并将所述顶板沉降预测曲线和所述侧墙收敛预测曲线与所述围岩三维云模型进行关联融合，为后续模拟门式***挑顶施工的开挖路线提供了理论数据。
实施例8：
在上述实施例1的基础上，所述的一种极软弱破碎围岩门式***挑顶施工数字化检测方法，S4基于所述顶板沉降预测曲线和所述侧墙收敛预测曲线以及外部输入的施工计划，模拟门式***挑顶施工的开挖路线包括：
基于每条所述顶板沉降预测曲线和所述侧墙收敛预测曲线，确定对应的开挖路线和每条开挖路线对应的实际施工指标值；
计算每条开挖路线的所述实际施工指标值与除当前开挖路线以外对应的所述实际施工指标值的离差总和，得到不同评价标准对应的评价因素权重值，将所述评价因素权重值单位化，获得不同评价标准对应的评价因素标准权重值；
基于不同评价标准对应的所述评价因素标准权重值，构建多因素选择最优方案模型；
将每条开挖路线对应的所述实际施工指标值输入多因素选择最优方案模型，输出最高值对应的开挖路线，即为最优开挖路线；
基于所述围岩三维云模型，计算所述最优开挖路线不同位置处的围岩支护力，当所述围岩支护力不满足预设情况时，则基于所述围岩三维云模型获取对应位置处预设范围内的测量点对应的所述顶板沉降系数和所述侧墙收敛系数，构成多条所述顶板沉降局部预测曲线和所述侧墙收敛局部预测曲线，确定对应的局部开挖路线和每条局部开挖路线对应的实际局部施工指标值，并输入多因素选择最优方案模型，输出最高值对应的局部开挖路线，即为最优局部开挖路线；
基于所述最优局部开挖路线对所述最优开挖路线进行调整；
所述实际施工指标值包括：安全系数值、施工成本值、施工难度值。
该实施例中，基于每条所述顶板沉降预测曲线和所述侧墙收敛预测曲线，确定对应的开挖路线和每条开挖路线对应的实际施工指标值，其包括：
选定所述顶板沉降系数平均值最大对应的顶板沉降局部预测曲线作为第一基准曲线，同时选定所述侧墙收敛系数平均值最大的侧墙收敛局部预测曲线作为第二基准曲线，当所述第一基准曲线和所述第二基准曲线中在同一测量断面上的测量点不一致，则在除所述第一基准曲线和所述第二基准曲线外的其他所述顶板沉降预测曲线和所述侧墙收敛预测曲线中，选定同一测量断面上的测量点一致且所述顶板沉降系数和所述侧墙收敛系数之和最大的测量点作为替代测量点，并将所述第一基准曲线和所述第二基准曲线对应的测量断面上的测量点替换为所述替代测量点，构成顶板沉降预测基准曲线和侧墙收敛预测基准曲线，以所述顶板沉降预测基准曲线和所述侧墙收敛预测基准曲线为圆心，以挑顶施工的最大高度和最大宽度为对应的导洞高度和宽度，确定对应的开挖路线。
该实施例中，基于每条所述顶板沉降预测曲线和所述侧墙收敛预测曲线，确定对应的开挖路线和每条开挖路线对应的实际施工指标值，还包括：
基于所述开挖路线和预设的安全系数预测模型、施工成本预测模型、施工难度预测模型，预测出每条开挖路线对应的安全系数、施工成本、施工难度，即获得每条开挖路线对应的实际施工指标值；
其中，将每条开挖路线对应的开挖路线长度、开挖路线对应的平均侧墙收敛系数和平均顶板沉降系数、所述开挖路线对应的围岩平均岩体强度输入所述安全系数预测模型、施工成本预测模型、施工难度预测模型后的输出值即为每条开挖路线对应的安全系数、施工成本、施工难度。
该实施例中，计算每条开挖路线的所述实际施工指标值与除当前开挖路线以外对应的所述实际施工指标值的离差总和，得到不同评价标准对应的评价因素权重值，将所述评价因素权重值单位化，获得不同评价标准对应的评价因素标准权重值，其包括：
Figure 671240DEST_PATH_IMAGE021
；
式中，
Figure 283487DEST_PATH_IMAGE022
为第t个评价标准对应的评价因素标准权重值，m为第m条开挖路线，
Figure 305801DEST_PATH_IMAGE023
为第m条开挖路线的第t个实际施工指标值，n为第m条开挖路线的所述实际施工指标值的总个数，
Figure 682600DEST_PATH_IMAGE024
为评价因素标准值；
其中，所述评级标准包括：安全系数、施工成本、施工难度。
该实施例中，计算所述最优开挖路线不同位置处的围岩支护力，其包括：
获取所述最优开挖路线不同位置对应的导洞切面外边缘上的所有测量点的围岩坚硬系数，基于导洞切面外边缘上的所有的所述围岩坚硬系数和围岩坚硬系数和围岩可承受压力的函数关系，获取导洞切面外边缘上的所有测量点对应的可承受压力的平均值即为所述最优开挖路线对应位置处的围岩支护力。
上述技术方案的有益效果是：基于多条所述顶板沉降预测曲线和所述侧墙收敛预测曲线，确定多条对应的开挖路线，可以提供多种方案供后续选择，扩大了方案的选择空间，确定多个对应的实际施工指标值，可以确定的不同评价标准对应的评价因素标准权重值，基于所述评价因素标准权重值构建的多因素选择最优方案模型，实现了在多个影响因素的情况下选择最优方案，还可以基于不同位置支护力的计算，判断所述最优开挖路线是否满足要求，若不满足，通过局部计算和选择，对所述最优开挖路线进行调整，实现了开挖路线的最优方案模拟，也避免了了施工过程中的误差情况。
实施例9：
在上述实施例5的基础上，所述的一种极软弱破碎围岩门式***挑顶施工数字化检测方法，计算所述围岩结构切面图内每个断层结构对应的围岩最小可承受压力：
获取所述围岩结构切面图内每个断层结构对应的最小厚度和对应的围岩级别以及围岩边界最低点,并基于所述围岩级别获取对应的围岩的坚硬系数；
基于所述围岩结构切面图内每个断层结构对应的围岩最小厚度和围岩坚硬系数以及围岩边界最低点，计算所述围岩结构切面图内每个断层结构对应的围岩最小可承受压力：
Figure 660921DEST_PATH_IMAGE025
；
式中，i为所述围岩结构切面图内的第i个断层结构且取值为[1,n] ，n为所述围岩结构切面图内的断层结构总个数，
Figure 663643DEST_PATH_IMAGE026
为第i个断层结构对应的围岩最小可承受压力，
Figure 674717DEST_PATH_IMAGE027
为围岩坚硬系数和围岩可承受压力的函数关系，
Figure 552413DEST_PATH_IMAGE028
为第i个断层结构对应的围岩坚硬系数，
Figure 932709DEST_PATH_IMAGE029
为第i个断层结构对应的围岩最小厚度处对应的围岩边界切向应力，
Figure 355600DEST_PATH_IMAGE030
为第i个断层结构对应的围岩最小厚度处对应的围岩边界基于所述三维场景坐标模型的角度且取值为
Figure 57234DEST_PATH_IMAGE031
，
Figure 489352DEST_PATH_IMAGE032
为第i个断层结构对应的围岩最小厚度处对应的围岩粘聚力，
Figure 35740DEST_PATH_IMAGE033
为第i个断层结构对应的围岩最小厚度，
Figure 973740DEST_PATH_IMAGE034
为第i个断层结构对应的围岩最小厚度处对应的围岩边界最低点的高度值；
上述技术方案的有益效果是：通过获取所述围岩结构切面图内每个断层结构对应的围岩最小厚度和围岩坚硬系数以及围岩边界最低点，为计算所述围岩结构切面图内每个断层结构对应的围岩最小可承受压力提供了数据，实现了对所述围岩结构切面图内每个断层结构对应的围岩最小可承受压力的预测，也为后续更大范围地确定所述测量断面和所述测量点提供了理论数据。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种极软弱破碎围岩门式***挑顶施工数字化检测方法，其特征在于，包括：
S1：构建当前施工现场的围岩三维云模型；
S2：基于所述围岩三维云模型，确定当前施工现场内的测量断面，并确定每个所述测量断面上的测量点；
S3：基于所述测量断面和所述测量点以及所述围岩三维云模型，生成对应的顶板沉降预测曲线和侧墙收敛预测曲线；
S4：基于所述顶板沉降预测曲线和所述侧墙收敛预测曲线以及外部输入的施工计划，模拟门式***挑顶施工的开挖路线。
2.如权利要求1所述的一种极软弱破碎围岩门式***挑顶施工数字化检测方法，其特征在于，步骤S1构建当前施工现场的围岩三维云模型包括：
S101：在施工过程中，基于超前地质探测和电阻率测量方法，获得施工现场的围岩的节理、断层结构、岩性，构成围岩信息集；
S102：基于所述围岩信息集和围岩分级模型，对施工现场的围岩进行分级；
S103：通过扫描技术获取施工现场的三维信息数据，基于所述三维信息数据，构建施工现场的三维场景坐标模型，基于所述三维场景坐标模型和围岩的分级信息数据，构成施工现场的围岩三维云模型。
3.如权利要求2所述的一种极软弱破碎围岩门式***挑顶施工数字化检测方法，其特征在于，S101获得施工现场的围岩的节理、断层结构、岩性包括：
基于电阻率测量工具检测围岩不同位置的岩体强度和剪切强度，构成不同位置对应的测量数据；
对所述测量数据执行各向异性反演，确定水平测量数据、垂直测量数据和所述电阻率测量工具当前对应的所处位置处的倾角；
当所述各向异性反演的误差函数超过预设的误差范围时，基于所述垂直测量数据执行垂直方向多层反演，当所述误差函数发生骤变时，则检测所述围岩的边界，基于所述边界和所述电阻率测量工具当前对应的所处位置处的倾角，确定围岩的节理；
导出垂直反演参数记录，基于误差函数未超过预设的误差范围时对应的垂直反演参数记录，确定围岩所有的断层结构；
将围岩的断层结构和不同位置的测量数据一一对应，确定每个断层结构内的岩性；
所述误差函数为所述测量数据和围岩类型对应的预设数据的差值。
4.如权利要求3所述的一种极软弱破碎围岩门式***挑顶施工数字化检测方法，其特征在于，S102基于所述围岩信息集和围岩分级模型，对施工现场的围岩进行分级包括：
构建样本库；
基于神经网络构建围岩分级模型，将所述样本库输入所述围岩分级模型进行训练；
基于所述测量数据，确定围岩坚硬系数，并将所述围岩坚硬系数输入训练后的围岩分级模型，获得每个断层结构内围岩的级别。
5.如权利要求2所述的一种极软弱破碎围岩门式***挑顶施工数字化检测方法，其特征在于，S103基于所述三维场景坐标模型和围岩的分级信息数据，构成施工现场的围岩三维云模型包括：
将所述三维场景坐标模型和围岩的分级信息数据进行融合构成施工现场的围岩初步三维云模型，并去除噪点；
基于所述融合结果和预设的三维偏差检测方法，对围岩的分级信息进行偏差检测，得到检测结果；
基于所述检测结果，对所述围岩初步三维云模型进行坐标偏差调整，获得施工现场的围岩三维云模型。
6.如权利要求1所述的一种极软弱破碎围岩门式***挑顶施工数字化检测方法，其特征在于，S2基于所述围岩三维云模型，确定当前施工场地导洞内的测量断面，并确定每个所述测量断面上的测量点包括：
按照预设规则，在围岩中确定与开挖大致方向垂直的第一测量断面和第一测量点，并将所述第一测量断面和所述第一测量点的三维坐标与所述围岩三维云模型关联融合；
基于所述围岩三维云模型，获取与所述第一测量断面平行的多个围岩结构切面图，并提取所述围岩结构切面图内包含的断层结构和对应的围岩信息数据；
基于所述围岩结构切面图内包含的断层结构和对应的围岩信息数据，计算所述围岩结构切面图内每个断层结构对应的围岩最小可承受压力，当所述最小可承受压力小于预设阈值时，则将对应的所述围岩结构切面图对应的围岩切面，确定为第二测量断面，并按照预设规则，确定所述第二测量点中的第一测量点；
当所述测量断面中的相邻断层结构的级别差值大于预设阈值，则将距离对应的断层边界预设距离处的点标定为第二测量点；
所述测量断面包括：第一测量断面和第二测量断面；
所述测量点包括：第一测量点和第二测量点。
7.如权利要求1所述的一种极软弱破碎围岩门式***挑顶施工数字化检测方法，其特征在于，S3基于所述测量断面和所述测量点以及所述围岩三维云模型，生成对应的顶板沉降预测曲线和侧墙收敛预测曲线包括：
基于所述围岩三维云模型，获取所述测量点对应的围岩级别，基于所述围岩级别，获得所述测量点处围岩对应的岩体强度；
基于所述测量点对应的岩体强度和当前高度值，计算所述测量点对应的顶板沉降系数和侧墙收敛系数；
获取外部输入的施工计划，提取施工计划中的有效数据，再基于所述有效数据提取目标数据；
基于所述目标数据和所述测量点对应的所述围岩三维云模型以及所有所述测量点对应的所述顶板沉降系数和所述侧墙收敛系数，生成所述施工计划对应的多条所述顶板沉降预测曲线和所述侧墙收敛预测曲线；
将所述顶板沉降预测曲线和所述侧墙收敛预测曲线与所述围岩三维云模型进行关联融合。
8.如权利要求1所述的一种极软弱破碎围岩门式***挑顶施工数字化检测方法，其特征在于，S4基于所述顶板沉降预测曲线和所述侧墙收敛预测曲线以及外部输入的施工计划，模拟门式***挑顶施工的开挖路线包括：
基于每条所述顶板沉降预测曲线和所述侧墙收敛预测曲线，确定对应的开挖路线和每条开挖路线对应的实际施工指标值；
计算每条开挖路线的所述实际施工指标值与除当前开挖路线以外对应的所述实际施工指标值的离差总和，得到不同评价标准对应的评价因素权重值，将所述评价因素权重值单位化，获得不同评价标准对应的评价因素标准权重值；
基于不同评价标准对应的所述评价因素标准权重值，构建多因素选择最优方案模型；
将每条开挖路线对应的所述实际施工指标值输入多因素选择最优方案模型，输出最高值对应的开挖路线，即为最优开挖路线；
基于所述围岩三维云模型，计算所述最优开挖路线不同位置处的围岩支护力，当所述围岩支护力不满足预设情况时，则基于所述围岩三维云模型获取对应位置处预设范围内的测量点对应的所述顶板沉降系数和所述侧墙收敛系数，构成多条所述顶板沉降局部预测曲线和所述侧墙收敛局部预测曲线，确定对应的局部开挖路线和每条局部开挖路线对应的实际局部施工指标值，并输入多因素选择最优方案模型，输出最高值对应的局部开挖路线，即为最优局部开挖路线；
基于所述最优局部开挖路线对所述最优开挖路线进行调整；
所述实际施工指标值包括：安全系数值、施工成本值、施工难度值。
9.如权利要求5所述的一种极软弱破碎围岩门式***挑顶施工数字化检测方法，其特征在于，计算所述围岩结构切面图内每个断层结构对应的围岩最小可承受压力：
获取所述围岩结构切面图内每个断层结构对应的最小厚度和对应的围岩级别以及围岩边界最低点,并基于所述围岩级别获取对应的围岩的坚硬系数；
基于所述围岩结构切面图内每个断层结构对应的围岩最小厚度和围岩坚硬系数以及围岩边界最低点，计算所述围岩结构切面图内每个断层结构对应的围岩最小可承受压力：
Figure 181371DEST_PATH_IMAGE001
；
式中，i为所述围岩结构切面图内的第i个断层结构且取值为[1,n] ，n为所述围岩结构切面图内的断层结构总个数，
Figure 500881DEST_PATH_IMAGE002
为第i个断层结构对应的围岩最小可承受压力，
Figure 987358DEST_PATH_IMAGE003
为围岩坚硬系数和围岩可承受压力的函数关系，
Figure 872137DEST_PATH_IMAGE004
为第i个断层结构对应的围岩坚硬系数，
Figure 185175DEST_PATH_IMAGE005
为第i个断层结构对应的围岩最小厚度处对应的围岩边界切向应力，
Figure 993863DEST_PATH_IMAGE006
为第i个断层结构对应的围岩最小厚度处对应的围岩边界基于所述三维场景坐标模型的角度且取值为
Figure 725058DEST_PATH_IMAGE007
，
Figure 32936DEST_PATH_IMAGE008
为第i个断层结构对应的围岩最小厚度处对应的围岩粘聚力，
Figure 849582DEST_PATH_IMAGE009
为第i个断层结构对应的围岩最小厚度，
Figure 852174DEST_PATH_IMAGE010
为第i个断层结构对应的围岩最小厚度处对应的围岩边界最低点的高度值。
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