[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

说明书

本发明公开了一种钻爆法隧道掌子面围岩三维精细化分级方法、装置及介质，包括如下步骤：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；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；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；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。本发明方法可实现各尺度三维精细化分级，并为围岩三维稳定性分析奠定基础以及为施工方案制定、动态调整提供建议。

技术领域

本发明涉及隧道工程技术领域，具体涉及一种钻爆法隧道掌子面围岩三维精细化分级方法、装置及介质。

背景技术

随着凿岩台车、喷混台车、拱架台车等系列大型施工装备的应用，隧道施工效率、施工质量大幅度提升，隧道洞身段稳定性得到了更好地保障，因此为进一步提高施工效率、减少对围岩的扰动、充分发挥机械化施工的优势，长进尺开挖(单次循环进尺3～6m)逐渐成为机械化施工隧道的趋势。另一方面，铁路隧道断面设计考虑空气动力学效应、建筑限界、救援通道、结构受力、沟槽布置等多因素作用，净空面积一般较大，往往50～100m²，开挖面积更是达到100～150m²。在如此大面积的围岩范围内，因地质发育的随机性和复杂性，其围岩质量往往存在软硬不均的现象，最典型为上软下硬地层、左右不均地层以及软弱夹层等。因此，长进尺、大断面开挖条件下，对隧道开挖掌子面-未支护段围岩三维稳定性带来更大挑战，对围岩质量评价、洞室稳定性分析、支护结构设计也提出了更高的要求，而能否精确、快速对循环进尺范围内围岩进行三维进行精细化分级则成为了关键问题。传统地质勘察手段(地质素描、物探、钻探等)因其过于宏观、定性，其对地质的探测分辨率比较低，难以准确、全面的获取整个循环范围内的地质信息，无法实现三维精细化分级。相比之下应用凿岩台车炮孔钻进参数进行循环进尺范围内围岩三维精细化分级具有参数自动采集(机载传感器自动记录钻进参数)、不对施工造成干扰(钻孔过程中自动记录，无需额外工作)、采集密度大(掌子面散布200～300个炮孔，纵向采集间隔厘米级)等天然优势。

现有技术专利“CN111489010A钻爆法隧道掌子面前方围岩级别智能预测方法及装置”中，发明人基于随钻参数的已开挖循环掌子面二维精细化分级结果对未开挖掌子面围岩级别进行了预测。本专利对现有技术的精细化分级方法进行了全面升级，基于三维钻进参数数据空间、地质特征和设计施工需求，构建了包含纵向、横向不同尺度的钻爆法隧道围岩三维精细化分级体系，各尺度精细化分级结果相辅相成，综合利用可有效指导包含前方预测、掌子面设计、洞身支护设计、超前支护设计的隧道施工方案的调整、优化。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种钻爆法隧道掌子面围岩三维精细化分级方法、装置及介质，可实现各尺度三维精细化分级，并为围岩三维稳定性分析奠定基础以及为施工方案制定、动态调整提供建议，解决了上述背景技术中提到的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种钻爆法隧道掌子面围岩三维精细化分级方法，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。

优选的，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。

优选的，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：