[發明專利]一種隧道施工過程中圍巖實時分級預測及自檢方法

有效

• 申請號: 202010099129.8
• 申請日: 2020-02-18
• 公開（公告）號: CN111291934B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發明（設計）人: 蔣宇靜;劉建康;王剛;張學朋;欒恒杰
• 申請（專利權）人: 山東科技大學
• 主分類號: G06Q10/04
• 分類號: G06Q10/04;G06Q10/0639;G06Q50/08;G06N3/126
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司 37219
• 代理人: 段毅凡

本發明公開了一種隧道施工過程中圍巖實時分級預測及自檢方法，它是對隧道工作面前方圍巖進行鉆進的同時同步采集鉆進參數、圍巖巖體基本質量指標和圍巖等級數據作為樣本數據，建立多元線性回歸模型、神經網絡模型和優化的神經網絡預測模型，并自動對比確定最優的模型作為最終的預測模型；對待分級預測的隧道圍巖，一種利用確定的最優預測模型直接實時預測圍巖巖體基本質量指標間接的預測圍巖等級，另一種同步利用確定的最優預測模型直接實時預測圍巖等級，兩種分級結果自動進行對比驗證，根據驗證結果對樣本數據進行擴充更新；本發明方法大大簡化了分級程序，提高了分級效率，同時，自動對比選擇多種預測模型，確保了預測方法的可靠性和高效性。

技術領域

本發明涉及工程巖體質量評估領域，尤其涉及一種隧道施工過程中圍巖實時分級預測及自檢方法。

背景技術

在隧道施工過程中，往往會遇到大量影響安全生產的地質因素，特別是因探測技術限制而未能提前預測到的險惡復雜地質條件，比如斷層構造、巖層突變、巖溶及其它含水異常體，都將會較大可能的在隧道施工過程中引發突發性事故。因此，對隧道工作面前方巖體分級預測的準確性和及時性，對隧道施工安全和成本的影響巨大。

目前常用的圍巖分級方法存在以下技術瓶頸：

1)采用現行GB?50218-94《工程巖體分級標準》、通過大量常規現場測量和取樣后進行室內試驗來進行圍巖分級等級的判定，該方法現場應用普遍，技術較為成熟，但存在分級判定效率低、程序復雜和成本較高的缺點；

2)近年來，隨著先進的隨鉆測量技術不斷發展，使得利用鉆進參數對隧道工作面前方巖體的超前預測和分級成為可能，比如中國專利授權公告號CN

105938611B公開的一種基于隨鉆參數對地下工程圍巖快速實時分級的方法，但同時面臨以下技術瓶頸：

(1)采用常規統計學技術(如多元回歸方法)對數以幾十萬計甚至更多的鉆進參數的分析效率較低；(2)將鉆進參數與巖體的單軸抗壓強度和巖體完整性指標進行擬合分析后，再通過巖體基本質量指標分級計算公式間接的對巖體進行分級，該過程將巖體的單軸抗壓強度和巖體完整性指標與巖體基本質量指標的關系限定于具體的公式，而天然巖體具有復雜性、多樣性，因此該方法具有一定的局限性；(3)缺少對巖體分級結果的驗證。

3)對于鉆進參數的分析工具的出現，使得分析大量的隨鉆參數帶來了便捷性，盡管神經網絡技術具有善于處理復雜的多元非線性擬合問題的優勢，但同時具有易陷入局部收斂造成預測結果精度不高的缺點。

目前還沒有一種方法能夠同時解決以上技術缺陷，因此，急需建立一種隧道施工過程中圍巖實時分級預測及自檢的方法。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術存在的不足，提出了一種隧道施工過程中圍巖實時分級預測及自檢方法，該方法可以依據現場的鉆進參數高效、快速、實時實現圍巖的分級，并能對分級結果進行自行驗證，可為支護設計、施工方案提供準確的圍巖等級，保證施工的安全性，提高施工效率，降低施工成本。

為實現上述目的，本發明采取以下技術方案：

一種隧道施工過程中圍巖實時分級預測及自檢方法，它是在隧道開挖過程中，對掘進工作面前方進行超前鉆探，通過采集鉆機的鉆進參數、巖體基本質量指標和相應的圍巖等級，建立樣本數據，同時建立多元線性回歸模型、神經網絡模型和優化的神經網絡預測模型并對比選定最優的預測性能，對待分級預測的隧道圍巖，一種方式是通過利用確定的最優的巖體基本質量指標值預測模型直接實時預測圍巖的巖體基本質量指標間接的預測圍巖等級，另一種方式利用確定的最優的圍巖等級編碼值預測模型直接實時預測圍巖等級，兩種方式同步進行；獲得的兩種等級結果自動進行對比驗證，記錄兩種等級結果不同的鉆進持續累計距離，對于鉆進持續累計距離達到預先設定的臨界閾值時進行提醒，采集出現提醒的區段圍巖的鉆進參數、巖體質量指標和相應的圍巖等級對樣本數據進行擴充更新。