CN117391429A - 一种隧道施工塌方风险等级评价方法及电子设备 - Google Patents

一种隧道施工塌方风险等级评价方法及电子设备 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种隧道施工塌方风险等级评价方法及电子设备，属于隧道施工安全监控技术领域，包括：构建多源多尺度预报信息数据库；获取地震波参数、加深炮孔相关参数、超前钻探相关参数、地质雷达的异常段落、掌子面素描相关参数，并存储至多远多尺度预报信息数据库中；分别对地震波参数、加深炮孔相关参数、超前钻探相关参数进行单项异常体自动判识，分别获取地震波参数、加深炮孔相关参数、超前钻探相关参数中存在的异常段落并存储至多源多尺度预报信息数据库；根据获取的所有的异常段落，结合所述掌子面素描相关参数，综合判定塌方风险等级。能够在施工现场快速做出反应，并且分析的样本充分，使得风险等级评价结果更加准确。

Description

一种隧道施工塌方风险等级评价方法及电子设备
技术领域
本发明涉及隧道施工安全监控技术领域，特别涉及一种隧道施工塌方风险等级评价方法及电子设备。
背景技术
近年来，随着西南高山峡谷区公路铁路工程的持续推进，隧道工程大量出现，这些隧道工程多处于地质运动活跃地区，在隧道施工的过程中由于埋深大，往往会面临高地应力、蚀变带等复杂的工程地质问题，而且由于隧道的开挖，开挖的隧道会形成一个临空管道，破坏山体内部应力平衡、加之深大断裂构造形成导水通道，基岩裂隙水、构造裂隙水等地下水会沿着导水通道向隧道汇集，形成严重的塌方灾害，严重影响施工进度、威胁施工人员的人生安全。
经过对现有文献和大量资料的查阅和总结，目前对隧道施工风险的等级评价多采用理论的分析模型结合一些现场试验结果进行风险评价，在现场实施施工过程中，第一具有滞后性，无法在施工现场快速做出反应；第二不具有实用性，现场施工人员无法利用层次分析法等理论方法做出评价；第三理论分析样本太少，结果有待考证。因此，上述方式的判定存在一定的不足，本发明基于现场施工实际工作，通过将TSP、瞬变电磁、地质雷达、加深炮孔、超前钻探、地质雷达多源多尺度施工超前地质预报手段的预报结果进行组合，对隧道施工风险等级进行划分解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中所存在的第一具有滞后性，无法在施工现场快速做出反应；第二不具有实用性，现场施工人员无法利用层次分析法等理论方法做出评价；第三理论分析样本太少，结果有待考证的不足，提供一种隧道施工塌方风险等级评价方法及电子设备。
为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：
一种隧道施工塌方风险等级评价方法，包括以下步骤：
S1：构建多源多尺度预报信息数据库；
S2：获取地震波参数、加深炮孔相关参数、超前钻探相关参数、地质雷达的异常段落、掌子面素描相关参数，并存储至所述多远多尺度预报信息数据库中；
S3：分别对所述地震波参数、所述加深炮孔相关参数、所述超前钻探相关参数进行单项异常体自动判识，分别获取所述地震波参数、所述加深炮孔相关参数、所述超前钻探相关参数中存在的异常段落并存储至所述多源多尺度预报信息数据库；
S4：根据获取的所有的异常段落，结合所述掌子面素描相关参数，综合判定塌方风险等级。
采用上述技术方案，通过将现场试验参数和现场实际施工过程中开挖掌子面施工岩体出现的异常细节现象进行组合，深入挖掘了现场实际施工中出现的施工异常细节现象背后的深层原因，能够在施工现场快速做出反应，并且分析的样本充分，使得风险等级评价结果更加准确。
作为本发明的优选方案，步骤S1包括：以MySql关系型数据库建立地震波数据表、加深炮孔数据表、超前钻探数据表、掌子面素描数据表、元数据表，所述元数据包括：工程结构、里程和预报方法。
作为本发明的优选方案，所述步骤S2中，
获取所述地震波参数包括利用隧道地震波预报仪器获取预报里程位置的纵波值序列、横波值序列、杨氏模量值序列、纵横波比序列、泊松比序列，并结构化存储至所述地震波数据表，
获取所述加深炮孔、超前钻探相关参数包括首先搜集开挖面所在里程处的隧道加深炮孔施工、超前钻探日志，人工对所述隧道加深炮孔、超前钻探施工日志中的钻孔深度及钻孔钻进分层信息进行提取，利用加深炮孔、超前钻探施工日志中人工提取得到的分层信息，具体为卡钻、突进时的钻孔深度，对卡钻、突进里程位置进行换算，得到加深炮孔、超前钻探作业过程中钻头卡住和突然异常钻进的具体起始里程和终止里程，并结构化存储至所述加深炮孔数据表及超前钻探数据表，加深炮孔及超前钻探所述卡钻、突进具体里程的计算公式分别为：
其中，表示在Si里程处施作的第i个加深炮孔的第j米深度处出现卡钻、突进现象，/>值＝j；/>表示在Si里程处施作的第i个加深炮孔的第j米深度处出现的卡钻、突进现象在第k米深度处结束，如果没有遇到卡钻、突进则为0，未出现加深炮孔异常情况；
获取所述地质雷达的异常段落包括首先收集开挖面所在里程处的地质雷达图像数据，对反射波同向轴呈低频高幅强能量团块特征进行提取，从而根据开挖面所在里程和能量团块里程长度计算得到异常段落；
获取所述掌子面素描相关参数包括首先搜集开挖面所在里程处的掌子面素描报告，人工对所述掌子面素描报告中的数据要素进行提取，得到开挖面所在里程处的掌子面的完整程度，所述数据要素包括掌子面完整程度、自稳性、地下水涌出状态，并将所提取得到的掌子面完整程度、自稳性、地下水涌出状态和开挖面里程结构化存储至所述掌子面素描数据表中。
作为本发明的优选方案，步骤S3所述的分别对所述地震波参数、所述加深炮孔相关参数、所述超前钻探相关参数进行单项异常体自动判识包括：
对所述地震波参数进行单项异常体自动判别包括：查询所述多源多尺度预报信息数据库，获取未处理的地震波参数，按照同一里程分组，组成第一数据集，并对所述第一数据集内每组里程按照小里程到大里程对进行排序，形成序列，所述序列∈所述第一数据集，对所述序列进行差分，如遇纵波降低、杨氏模量降低、纵波/横波增高、泊松比增高，说明该段落存在异常，返回各序列中异常出现的最小距离，即将所述最小距离的里程段的起始里程和终止里程作为异常段落；
对所述加深炮孔相关参数进行单项异常体自动判别包括：查询所述多源多尺度预报信息数据库，获取未处理的加深炮孔相关参数获得第二数据集，轮循所述第二数据集，针对所述第二数据集中出现卡钻、突进的数据，返回所述卡钻、突进起始里程和所述卡钻、突进终止里程，并将所述数据作为异常段落；
对所述超前钻探相关参数进行单项异常体自动判别包括：查询所述多源多尺度预报信息数据库，获取未处理的超前钻探相关参数获得第三数据集，轮循所述第三数据集，针对所述第三数据集中出现卡钻、突进的数据，返回所述卡钻、突进起始里程和所述卡钻、突进终止里程，并将所述数据作为异常段落。
作为本发明的优选方案，步骤S4所述的判定塌方风险等级包括：
存在1个或者2个所述异常段落、掌子面较完整～较破碎、自稳性较好、地下水呈潮湿且点滴状出水，则判定为可能发生；
存在2个所述异常段落、掌子面较完整～较破碎、自稳性较差～差、地下水呈现流状且涌流状出水，则判定为较易发生；
存在2个所述异常段落、掌子面破碎程度褶曲、揉皱、蚀变风化，则判定为较易发生；
存在3个所述异常段落、掌子面较完整～较破碎、自稳性较差～差、地下水呈现流状且涌流状出水，则判定为较易发生；
存在3个所述异常段落、掌子面较破碎～破碎、自稳性较差～差、地下水呈现流状且涌流状出水，则判定为易发生；
存在3个所述异常段落、掌子面破碎程度褶曲、揉皱、蚀变风化，则判定为易发生；
存在3个所述异常段落、掌子面破碎～极破碎、自稳性差、地下水呈涌流状出水，则判定为极易发生；
存在3个所述异常段落、掌子面破碎程度发育碎石、角砾及粉末、泥土状的断层带，则判定为极易发生。
另一方面，公开了一种电子设备，包括至少一个处理器，以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行上述任一项所述的隧道施工塌方风险等级评价方法
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：通过将现场试验参数和现场实际施工过程中开挖掌子面施工岩体出现的异常细节现象进行组合，深入挖掘了现场实际施工中出现的施工异常细节现象背后的深层原因，能够在施工现场快速做出反应，并且分析的样本充分，使得风险等级评价结果更加准确。
附图说明
图1为本发明实施例1所述的一种隧道施工塌方风险等级评价方法的流程图；
图2为本发明实施例2所述的一种电子设备的结构框图。
具体实施方式
下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。
实施例1
一种隧道施工塌方风险等级评价方法，如图1所示，包括以下步骤：
S1：构建多源多尺度预报信息数据库；
步骤S1包括：以MySql关系型数据库建立地震波数据表、加深炮孔数据表、超前钻探数据表、掌子面素描数据表、元数据表，所述元数据包括：工程结构、里程和预报方法。
S2：获取地震波参数、加深炮孔相关参数、超前钻探相关参数、地质雷达的异常段落、掌子面素描相关参数，并存储至所述多远多尺度预报信息数据库中；
步骤S2中，
获取所述地震波参数包括利用隧道地震波预报仪器获取预报里程位置的纵波值序列、横波值序列、杨氏模量值序列、纵横波比序列、泊松比序列，并结构化存储至所述地震波数据表，结构化存储法是把树状文件***的原理应用到单个的文件中，使得单个文件也能像文件***一样包含子目录，子目录可以包含更深层次的子目录，各个目录可以含多个文件，把原来需要多个文件存储的内容按树状结构和层次保存到一个文件中去，地震波数据表与工程名称、作业里程匹配；
获取所述加深炮孔、超前钻探相关参数包括首先搜集开挖面所在里程处的隧道加深炮孔施工、超前钻探日志，人工对所述隧道加深炮孔、超前钻探施工日志中的钻孔深度及钻孔钻进分层信息进行提取，利用加深炮孔、超前钻探施工日志中人工提取得到的分层信息，具体为卡钻、突进时的钻孔深度，对卡钻、突进里程位置进行换算，得到加深炮孔、超前钻探作业过程中钻头卡住和突然异常钻进的具体起始里程和终止里程，并结构化存储至所述加深炮孔数据表及超前钻探数据表，加深炮孔及超前钻探所述卡钻、突进具体里程的计算公式分别为：
其中，表示在Si里程处施作的第i个加深炮孔的第j米深度处出现卡钻、突进现象，/>值＝j；/>表示在Si里程处施作的第i个加深炮孔的第j米深度处出现的卡钻、突进现象在第k米深度处结束，如果没有遇到卡钻、突进则为0，未出现加深炮孔异常情况；
获取所述地质雷达的异常段落包括首先收集开挖面所在里程处的地质雷达图像数据，对反射波同向轴呈低频高幅强能量团块特征进行提取，从而根据开挖面所在里程和能量团块里程长度计算得到异常段落；
获取所述掌子面素描相关参数包括首先搜集开挖面所在里程处的掌子面素描报告，人工对所述掌子面素描报告中的数据要素进行提取，得到开挖面所在里程处的掌子面的完整程度，所述数据要素包括掌子面完整程度、自稳性、地下水涌出状态。
掌子面完整程度按照铁路隧道设计规范(TB10003-2016-05版)规定分为完整、较完整、较破碎、破碎和极破碎5种程度，不同程度的划分标准见下表1。地下水涌出状态按照铁路隧道设计规范(TB10003-2016-05版)规定分为潮湿或点滴状出水、淋雨状或线流状出水、涌流状出水3种程度，不同程度的划分标准见下
表2。
表1岩体完整程度划分表
地下水出水状态 渗水量[L/(min·10m)]
潮湿或点滴状出水 ≤25
淋雨状或线流状出水 25～125
涌流状出水 >125
表2地下水状态的分级
掌子面完整程度、自稳性、地下水状态由现场超前地质预报人员在开挖隧道掌子面现场根据规范要求综合判断得到并记录在掌子面素描报告中，该发明需将上述数据要素信息提取出来，并将所提取得到的掌子面完整程度、自稳性等数据要素和开挖面里程结构化存储至所述掌子面素描数据表中。
具体的，掌子面素描相关参数中的掌子面完整程度、自稳性、地下水涌出状态、掌子面破碎程度具体分类如表3所示；
表3
S3：分别对所述地震波参数、所述加深炮孔相关参数、所述超前钻探相关参数进行单项异常体自动判识，分别获取所述地震波参数、所述加深炮孔相关参数、所述超前钻探相关参数中存在的异常段落并存储至所述多源多尺度预报信息数据库；
步骤S3所述的分别对所述地震波参数、所述加深炮孔相关参数、所述超前钻探相关参数进行单项异常体自动判识包括：
对所述地震波参数进行单项异常体自动判别包括：查询所述多源多尺度预报信息数据库，获取未处理的地震波参数，按照同一里程分组，组成第一数据集T1，并对所述第一数据集T1内每组里程按照小里程到大里程对进行排序，形成序列t1，t1∈T1，对所述序列t1进行差分，所述序列t1中包括：纵波Vp、杨氏模量E、纵波横波比Vpi/Vsi、泊松比参数μ，如遇纵波Vp降低、杨氏模量E降低、纵波横波比Vpi/Vsi增高、泊松比μ增高，说明该段落存在异常，返回里程和各序列中异常出现的最小距离作为异常段落；
对所述加深炮孔相关参数进行单项异常体自动判别包括：查询所述多源多尺度预报信息数据库，获取未处理的加深炮孔相关参数获得第二数据集T2，轮循所述第二数据集T2，针对所述第二数据集T2中出现卡钻、突进的数据，返回所述卡钻、突进起始里程和所述卡钻、突进终止里程，并将所述数据作为异常段落；
对所述超前钻探相关参数进行单项异常体自动判别包括：查询所述多源多尺度预报信息数据库，获取未处理的超前钻探相关参数获得第三数据集T3，轮循所述第三数据集T3，针对所述第三数据集T3中出现卡钻、突进的数据，返回所述卡钻、突进起始里程和所述卡钻、突进终止里程，并将所述数据作为异常段落。
S4：根据获取的所有的异常段落，结合所述掌子面素描相关参数，综合判定塌方风险等级。
步骤S4所述的判定塌方风险等级包括：
根据里程，查询所有异常段落Ti，其中i表示地震波、加深炮孔、超前钻、地质雷达四类参数，如果Count(Ti)＝1、掌子面较完整～较破碎、自稳性较好、地下水呈潮湿、点滴状出水，则风险等级为：可能发生。
如果Count(Ti)＝2、掌子面较完整～较破碎、自稳性较好、地下水呈潮湿、点滴状出水，则风险等级为：可能发生。
如果Count(Ti)＝2、掌子面较破碎～破碎、自稳性较差～差、地下水呈线流状、涌流状出水，则风险等级为：较易发生。
如果Count(Ti)＝2、掌子面破碎程度褶曲、揉皱、蚀变风化，则风险等级为：较易发生。
如果Count(Ti)＝3、掌子面较完整～较破碎、自稳性较好、地下水呈潮湿、点滴状出水，则风险等级为：较易发生。
如果Count(Ti)＝3、掌子面较破碎～破碎、自稳性较差～差、地下水呈线流状、涌流状出水，则风险等级为：易发生。
如果Count(Ti)＝3、掌子面破碎程度褶曲、揉皱、蚀变风化，则风险等级为：易发生。
如果Count(Ti)＝3、掌子面破碎～极破碎、自稳性差、地下水呈涌流状出水，则风险等级为：极易发生。
如果Count(Ti)＝3、掌子面破碎程度发育碎石、角砾及粉末、泥土状的断层带，则风险等级为：极易发生。
通过将现场试验参数和现场实际施工过程中开挖掌子面施工岩体出现的异常细节现象进行组合，深入挖掘了现场实际施工中出现的施工异常细节现象背后的深层原因，能够在施工现场快速做出反应，并且分析的样本充分，使得风险等级评价结果更加准确。
实施例2
如图2所示，一种电子设备，包括至少一个处理器，以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器，以及与所述至少一个处理器通讯连接的至少一个输入输出接口；所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行前述实施例所述的一种方法。所述输入输出接口可以包括显示器、键盘、鼠标、以及USB接口，用于输入输出数据。
本领域技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：移动存储设备、只读存储器(Read OnlyMemory，ROM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
当本发明上述集成的单元以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机、服务器、或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分。而前述的存储介质包括：移动存储设备、ROM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种隧道施工塌方风险等级评价方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：构建多源多尺度预报信息数据库；
S2：获取地震波参数、加深炮孔相关参数、超前钻探相关参数、地质雷达的异常段落、掌子面素描相关参数，并存储至所述多远多尺度预报信息数据库中；
S3：分别对所述地震波参数、所述加深炮孔相关参数、所述超前钻探相关参数进行单项异常体自动判识，分别获取所述地震波参数、所述加深炮孔相关参数、所述超前钻探相关参数中存在的异常段落并存储至所述多源多尺度预报信息数据库；
S4：根据获取的所有的异常段落，结合所述掌子面素描相关参数，综合判定塌方风险等级。
2.根据权利要求1所述的一种隧道施工塌方风险等级评价方法，其特征在于，步骤S1包括：以MySql关系型数据库建立地震波数据表、加深炮孔数据表、超前钻探数据表、掌子面素描数据表、元数据表，所述元数据包括：工程结构、里程和预报方法。
3.根据权利要求2所述的一种隧道施工塌方风险等级评价方法，其特征在于，步骤S2中，
获取所述地震波参数包括利用隧道地震波预报仪器获取预报里程位置的纵波值序列、横波值序列、杨氏模量值序列、纵横波比序列、泊松比序列，并结构化存储至所述地震波数据表，
获取所述加深炮孔、超前钻探相关参数包括首先搜集开挖面所在里程处的隧道加深炮孔施工、超前钻探日志，人工对所述隧道加深炮孔、超前钻探施工日志中的钻孔深度及钻孔钻进分层信息进行提取，利用加深炮孔、超前钻探施工日志中人工提取得到的分层信息，具体为卡钻、突进时的钻孔深度，对卡钻、突进里程位置进行换算，得到加深炮孔、超前钻探作业过程中钻头卡住和突然异常钻进的具体起始里程和终止里程，并结构化存储至所述加深炮孔数据表及超前钻探数据表，加深炮孔及超前钻探所述卡钻、突进具体里程的计算公式分别为：
其中，表示在Si里程处施作的第i个加深炮孔的第j米深度处出现卡钻、突进现象，/>值＝j；/>表示在Si里程处施作的第i个加深炮孔的第j米深度处出现的卡钻、突进现象在第k米深度处结束，如果没有遇到卡钻、突进则为0，未出现加深炮孔异常情况；
获取所述地质雷达的异常段落包括首先收集开挖面所在里程处的地质雷达图像数据，对反射波同向轴呈低频高幅强能量团块特征进行提取，从而根据开挖面所在里程和能量团块里程长度计算得到异常段落；
获取所述掌子面素描相关参数包括首先搜集开挖面所在里程处的掌子面素描报告，人工对所述掌子面素描报告中的数据要素进行提取，得到开挖面所在里程处的掌子面的完整程度，所述数据要素包括掌子面完整程度、自稳性、地下水涌出状态，并将所提取得到的掌子面完整程度、自稳性、地下水涌出状态和开挖面里程结构化存储至所述掌子面素描数据表中。
4.根据权利要求1所述的一种隧道施工塌方风险等级评价方法，其特征在于，步骤S3所述的分别对所述地震波参数、所述加深炮孔相关参数、所述超前钻探相关参数进行单项异常体自动判识包括：
对所述地震波参数进行单项异常体自动判别包括：查询所述多源多尺度预报信息数据库，获取未处理的地震波参数，按照同一里程分组，组成第一数据集，并对所述第一数据集内每组里程按照小里程到大里程对进行排序，形成序列，所述序列∈所述第一数据集，对所述序列进行差分，如遇纵波降低、杨氏模量降低、纵波/横波增高、泊松比增高，说明该段落存在异常，返回各序列中异常出现的最小距离，即将所述最小距离的里程段的起始里程和终止里程作为异常段落；
对所述加深炮孔相关参数进行单项异常体自动判别包括：查询所述多源多尺度预报信息数据库，获取未处理的加深炮孔相关参数获得第二数据集，轮循所述第二数据集，针对所述第二数据集中出现卡钻、突进的数据，返回所述卡钻、突进起始里程和所述卡钻、突进终止里程，并将所述数据作为异常段落；
对所述超前钻探相关参数进行单项异常体自动判别包括：查询所述多源多尺度预报信息数据库，获取未处理的超前钻探相关参数获得第三数据集，轮循所述第三数据集，针对所述第三数据集中出现卡钻、突进的数据，返回所述卡钻、突进起始里程和所述卡钻、突进终止里程，并将所述数据作为异常段落。
5.根据权利要求4所述的一种隧道施工塌方风险等级评价方法，其特征在于，步骤S4所述的判定塌方风险等级包括：
存在1个或者2个所述异常段落、掌子面较完整～较破碎、自稳性较好、地下水呈潮湿且点滴状出水，则判定为可能发生；
存在2个所述异常段落、掌子面较完整～较破碎、自稳性较差～差、地下水呈现流状且涌流状出水，则判定为较易发生；
存在2个所述异常段落、掌子面破碎程度褶曲、揉皱、蚀变风化，则判定为较易发生；
存在3个所述异常段落、掌子面较完整～较破碎、自稳性较差～差、地下水呈现流状且涌流状出水，则判定为较易发生；
存在3个所述异常段落、掌子面较破碎～破碎、自稳性较差～差、地下水呈现流状且涌流状出水，则判定为易发生；
存在3个所述异常段落、掌子面破碎程度褶曲、揉皱、蚀变风化，则判定为易发生；
存在3个所述异常段落、掌子面破碎～极破碎、自稳性差、地下水呈涌流状出水，则判定为极易发生；
存在3个所述异常段落、掌子面破碎程度发育碎石、角砾及粉末、泥土状的断层带，则判定为极易发生。
6.一种电子设备，其特征在于，包括至少一个处理器，以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行权利要求1至5中任一项所述的隧道施工塌方风险等级评价方法。
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