[发明专利]钻爆法隧道掌子面围岩三维精细化分级方法、装置及介质

权利要求书

1.一种钻爆法隧道掌子面围岩三维精细化分级方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、基于现场采集的钻进参数样本，运用机器学习算法构建掌子面智能分级模型；

S2、利用凿岩台车定位系统及坐标系转换关系确定各炮孔钻进参数对应的三维坐标，利用插值技术构建钻进参数三维数据空间；

S3、结合隧道工程实际，将钻进参数三维数据空间纵向分段、横向分块-分层-分区；

S4、基于构建好的掌子面智能分级模型，实现不同层次各尺度三维精细化分级。

2.根据权利要求1所述的钻爆法隧道掌子面围岩三维精细化分级方法，其特征在于：所述步骤S1中的钻进参数包括钻进速度、冲击压力、推进压力、回转压力。

3.根据权利要求1所述的钻爆法隧道掌子面围岩三维精细化分级方法，其特征在于：所述步骤S2中的利用凿岩台车定位系统及坐标系转换关系确定各炮孔钻进参数对应的三维坐标，利用插值技术构建钻进参数三维数据空间，具体包括如下：

S21、通过凿岩台车搭载的扫描仪完成定位，自动求解装备定位里程；

S22、通过凿岩台车臂架控制系统，台车自动记录各钻头起始位置的6个位姿参数以及钻孔实时深度；

S23、基于凿岩台车定位里程、各钻孔起始位置的6个位姿参数以及各钻孔深度，求解炮孔各深度钻进参数对应的三维坐标；

S24、基于钻进参数三维坐标，利用插值技术，将原始并不均匀分布的炮孔钻进参数插值为均匀分布的三维空间网格数据；

S25、根据三维空间网格数据，利用射线法对全里程序列的每一个里程切面按照设计开挖轮廓进行自动修剪，仅保留设计开挖轮廓以内的数据，构建钻进参数三维数据空间。

4.根据权利要求3所述的钻爆法隧道掌子面围岩三维精细化分级方法，其特征在于：所述步骤S23中的6个位姿参数分别为：x、y、z、α、β、γ，各位姿参数表示隧道坐标系下的直角坐标或欧拉角。

5.根据权利要求3所述的钻爆法隧道掌子面围岩三维精细化分级方法，其特征在于：所述步骤S23中求解炮孔各深度钻进参数对应的三维坐标具体包括：将炮孔坐标系向隧道坐标系转化，其转化关系公式如下：

m_i＝m₀+x_i  式(2)

式中，x_i、y_i、z_i为第i个深度的隧道坐标系下坐标，单位(m)；d_i为第i个深度的炮孔深度，单位(m)；x₀、y₀、z₀为炮孔起始位置(深度为0m处)隧道坐标系下坐标，单位(m)；M为对应钻孔坐标转换矩阵，α、β、γ为对应钻孔(钻杆)欧拉角，单位(rad)；m_i为第i个深度对应隧道里程，单位(m)；m₀为台车定位里程，单位(m)。

6.根据权利要求1所述的钻爆法隧道掌子面围岩三维精细化分级方法，其特征在于：所述步骤S3中的结合隧道工程实际，将钻进参数三维数据空间纵向分段、横向分块-分层-分区，具体包括如下：

S31、基于钻进参数三维数据空间，结合结构面间距、锚杆间距、钢架间距常见工况，按照纵向里程进行分段；

S32、基于各分段钻进参数三维数据空间，结合炮孔间距和围岩分级尺度，进一步按照断面型式及炮孔布置将其横向划分为若干块；

S33、基于各分段钻进参数三维数据空间，进一步根据横向分块设置情况，将其从上到下或从左到右分为几层；

S34、基于各分段钻进参数三维数据空间，进一步结合横向分块设置情况，将其分为拱部、左边墙、右边墙3个区域。

7.根据权利要求1所述的钻爆法隧道掌子面围岩三维精细化分级方法，其特征在于：所述的基于构建好的掌子面智能分级模型，实现不同层次各尺度三维精细化分级，具体包括：计算各块、层、区的钻进参数均值作为各块、层、区的钻进参数分级特征值，并调用围岩智能分级模型进行相应围岩级别计算，实现不同层次各尺度三维精细化分级。