[发明专利]隧道开挖风险预警及围岩分级评价方法

说明书

本申请提供了一种隧道开挖风险预警及围岩分级评价方法，包括利用最值标准化法将不同岩性的电阻率进行归一化处理，得到归一化后的卡尼亚电阻率；将归一化后得出的卡尼亚电阻率转换为岩体完整性系数；根据综合测井和地震折射得出速度与岩体完整性的对应关系，对岩体完整性系数进行修正；利用岩体完整性系数进行隧道围岩等级划分和风险预警。

技术领域

本发明涉及地质勘探施工技术领域，尤其涉及铁路隧道围岩等级划分方法领域，具体涉及一种隧道开挖风险预警及围岩分级评价方法。

背景技术

目前围岩分级的方法中：浅埋隧道以纵波速度作为围岩分级评价的主要依据，但对于深埋隧道，由于埋深大，难以直接从地表获得隧道洞身岩体的波速值；地质调绘精确度不足，主观性较强；钻探方法在林区和山区难以大面积使用，使得围岩等级的划分难以达到理想精度。目前长大隧道勘察中，主要以大地电磁手段获得的卡尼亚电阻率推断围岩分级，但电阻率与围岩级别之间的关系尚未量化。

从目前公开报道的研究结果来看，用电阻率进行隧道围岩分级存在几点问题：(1)隧道围岩往往利用经验量值进行划分，该方法主观性较强；(2)电阻率受成分、结构、孔隙度、饱和度、水的矿化度等因素的影响较大；(3)不同岩性的电阻率差别很大，自然界中火成岩和变质岩的电阻率普遍较高，沉积岩中，含泥质多的碎屑沉积岩电阻率较低，石灰岩电阻率较高。在未开挖情况下隧道围岩缺乏物性判断依据。用统一的标准划分围岩等级较为困难。

岩石的电阻率范围较大，偏离平均值较多的电阻率定义为奇异电阻率指相对于其他输入样本特别大或特别小的电阻率，奇异电阻率的存在使得电阻率与围岩等级关系式不收敛，无法获得一一对应的关系式，即使根据正态分布去掉部分奇异电阻率统计得到的关系式，也因适用范围较窄无法进行推广应用。

例如，收集朔准铁路六狼山隧道、鹰鹞山隧道；太中银铁路离石隧道、柳林隧道、吕梁山隧道；张集线旧堡隧道；长昆线雪峰山1号、2号、3号隧道；北同蒲铁路雁门关隧道；吕临支线车赶隧道；牡绥线双丰隧道计7237m；石太铁路南梁隧道、太行山隧道；张唐铁路百草鞍隧道、燕山隧道、赤城隧道；大西铁路乔家山隧道、韩信岭隧道m；合计67个隧道514.304km既有大地电磁资料和已施工开挖的隧道围岩分级资料，并进行实地开挖调查，统计、归纳大地电磁测深电阻率数据和隧道围岩分级的对应关系。

收集的隧道总里程共计984.693km，12种岩性，36821个样本。收集的资料中有不同的单位和人实施了的不同的方法，数据不免受到现场人文噪声以及雷暴等二次场场源，不同地质人员对围岩等级的认识的差异，不同岩性电阻率受岩性、水文条件、风化等影响的差异等影响，但放入大数据以后，可以把以上差异产生的误差认为是随机而离散的。为了去除奇异值样本，假设电阻率为随机变量x，随机变量服从一个位置参数为可理解为数学期望、尺度参数为可理解为方差的概率分布，且其概率密度函数为：

根据正太分布的理论，当概率密度函数的小于99.7％，可以理解为小概率事件，根据数学理论小概率事件几乎是不可能发生的，因此将原始数据位于区间之外的电阻率数值删除。由于不同岩性的电阻率和围岩等级对应关系不一样，因此对不同岩性的电阻率与围岩等级进行区分计算并回归公式。下图1为经过正太分布岩浆岩围岩等级与电阻率的关系。图1(a)为Ⅱ级围岩与电阻率的关系示意图；图1(b)为Ⅲ级围岩与电阻率的关系示意图；图1(c)Ⅳ级围岩与电阻率的关系示意图；图1(d)Ⅴ级围岩与电阻率的关系示意图；

表一

上表为不同岩性的电阻率与围岩等级的对应表，从上表可知同一岩性不同围岩等级的电阻率交叉范围较大，如碎屑岩电阻率为400欧姆，围岩等级可能是II，III，IV，V，因此直接将电阻率与隧道围岩等级一一对应，无法进行推广应用。

发明内容