[发明专利]基于多源数据融合的隧道围岩定量快速分级方法与装置

权利要求书

1.基于多源数据融合的隧道围岩定量快速分级方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

S1：采用多元逐步回归和判别分析法建立岩体基本质量指标表达式；

BQ＝90+3Rc+250K_v

式中：Rc为岩石饱和抗压强度，单位为MPa；Kv为岩体完整性系数，定义为岩体与岩块纵波速度之比的平方；根据BQ值的大小，将岩体基本级别划分成5个级别；

S2：在确定工程岩体的级别时，须定出地下水、软弱结构面和地应力状态对岩体基本质量BQ的影响系数Kl，K2，K3，按公式对BQ进行修正；影响系数根据国标提供的赋值表格确定，具体公式为：

[BQ]＝BQ－l00(K₁+K₂+K₃)

对BQ进行修正后得[BQ]，由[BQ]定出工程岩体级别；

S3：数据整合与分类；

S4：获取各指标。

2.根据权利要求1所述的基于多源数据融合的隧道围岩定量快速分级方法，其特征在于：所述S3具体为：

强度Rc的数据来源为地勘报告；

完整性指标Kv的数据来源为TGP预报与弹性波测试；

地下水修正系数K1的数据来源为超前地质钻孔、瞬变电池超前预报；

软弱结构面修正系数K2的数据来源为地质罗盘测试；

地应力修正系数K3的数据来源为地勘资料或现场测试。

3.根据权利要求1所述的基于多源数据融合的隧道围岩定量快速分级方法，其特征在于：所述S4具体为：

1)单轴饱和抗压强度获取

饱和单轴抗压强度取值结合地勘报告，根据掌子面地质素描，判断掌子面岩性与分类，对照地勘资料获取岩块的饱和单轴抗压强度，若出现地勘报告未涉及的岩性或岩石，现场采用点荷载试验获取岩块的饱和单轴抗压强度；

2)完整性指标获取方法

根据现有规范岩体完整性指标获取有两种方法，节理裂隙统计分析法与弹性波速法，节理裂隙统计分析法现场操作性不强，实施起来比较困难，弹性波速法根据现有的数据辅以波速测试，现场通过TGP测试结果提取掌子面前方的岩体弹性波速，同时通过在掌子面选取完整岩块采用声波仪测试获取岩块的弹性波速；

K_V＝(υ_pm÷υ_pv)²

3)地下水修正系数

地下水修正系数作为围岩分级的修正系数之一，利用瞬变电池的探测结果获取地下水修正系数，瞬变电池测试分析结果定量取值标准如表2：

表2基于物探结果分析地下水影响修正系数

4)软弱结构面修正系数

对于掌子面主要结构面采用地质罗盘获取其产状参数，获取软弱结构面修正系数；

5)地应力修正修系数

常规隧道地应力根据抵抗报告取值进行修正。

4.基于权利要求1～3中任一项所述方法的基于多源数据融合的隧道围岩定量快速分级装置，其特征在于：包括：

地勘报告围岩强度Rc模块，用于地质勘察、现场测试及实验室围岩参数数据进行分析，得出隧址区地质分布状况、断层及岩溶段位置、不同里程围岩级别大致分布状况，判断围岩基本质量指标BQ；

完整性指标Kv模块，收集TGP在不同围岩岩性、断层、节理、破碎带和溶蚀通道电磁波反射后形成的雷达图像；计算弹性波在不同工程地质岩组，代表性的点测出的岩体弹性纵波速度，判断岩体完整性指标；

地应力修正系数K3模块，依据现场测试或不同围岩在地应力作用下开挖过程的现象，得出初始应力状态的修正值；

软弱结构面修正系数K2模块，借助罗盘、地勘资料及超前地质预报的测试数据，判断结构面走向与洞轴线的夹角，结构面倾角，判断软弱结构面修正值；

地下水修正系数K1模块，借助法拉第电磁感应原理，收集并记录掌子面前方富水溶洞、含水断层及含水裂隙电阻率变化情况，从而判断隧址区地下水修正值；

掌子面信息及图形采集模块，用于记录和收集掌子面地层信息，借助地质资料预测掌子面前方围岩变化趋势；

结果输出模块，根据输入的参数预测掌子面前方一定距离的围岩级别。