[發(fā)明專利]基于多源數據融合的隧道圍巖定量快速分級方法與裝置

在審

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• 申請日: 2021-05-24
• 公開（公告）號: CN113295850A
• 公開（公告）日: 2021-08-24
• 發(fā)明（設計）人: 任正剛;朱榮輝;王知遠
• 申請（專利權）人: 中交一公局集團有限公司
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24;G01N3/08;G01N29/07
• 代理公司: 北京同恒源知識產權代理有限公司 11275
• 代理人: 楊柳岸

1.基于多源數據融合的隧道圍巖定量快速分級方法，其特征在于：該方法包括以下步驟：

S1：采用多元逐步回歸和判別分析法建立巖體基本質量指標表達式；

BQ＝90+3Rc+250K_v

式中：Rc為巖石飽和抗壓強度，單位為MPa；Kv為巖體完整性系數，定義為巖體與巖塊縱波速度之比的平方；根據BQ值的大小，將巖體基本級別劃分成5個級別；

S2：在確定工程巖體的級別時，須定出地下水、軟弱結構面和地應力狀態(tài)對巖體基本質量BQ的影響系數Kl，K2，K3，按公式對BQ進行修正；影響系數根據國標提供的賦值表格確定，具體公式為：

[BQ]＝BQ－l00(K₁+K₂+K₃)

對BQ進行修正后得[BQ]，由[BQ]定出工程巖體級別；

S3：數據整合與分類；

S4：獲取各指標。

2.根據權利要求1所述的基于多源數據融合的隧道圍巖定量快速分級方法，其特征在于：所述S3具體為：

強度Rc的數據來源為地勘報告；

完整性指標Kv的數據來源為TGP預報與彈性波測試；

地下水修正系數K1的數據來源為超前地質鉆孔、瞬變電池超前預報；

軟弱結構面修正系數K2的數據來源為地質羅盤測試；

地應力修正系數K3的數據來源為地勘資料或現場測試。

3.根據權利要求1所述的基于多源數據融合的隧道圍巖定量快速分級方法，其特征在于：所述S4具體為：

1)單軸飽和抗壓強度獲取

飽和單軸抗壓強度取值結合地勘報告，根據掌子面地質素描，判斷掌子面巖性與分類，對照地勘資料獲取巖塊的飽和單軸抗壓強度，若出現地勘報告未涉及的巖性或巖石，現場采用點荷載試驗獲取巖塊的飽和單軸抗壓強度；

2)完整性指標獲取方法

根據現有規(guī)范巖體完整性指標獲取有兩種方法，節(jié)理裂隙統(tǒng)計分析法與彈性波速法，節(jié)理裂隙統(tǒng)計分析法現場操作性不強，實施起來比較困難，彈性波速法根據現有的數據輔以波速測試，現場通過TGP測試結果提取掌子面前方的巖體彈性波速，同時通過在掌子面選取完整巖塊采用聲波儀測試獲取巖塊的彈性波速；

K_V＝(υ_pm÷υ_pv)²

3)地下水修正系數

地下水修正系數作為圍巖分級的修正系數之一，利用瞬變電池的探測結果獲取地下水修正系數，瞬變電池測試分析結果定量取值標準如表2：

表2基于物探結果分析地下水影響修正系數

4)軟弱結構面修正系數

對于掌子面主要結構面采用地質羅盤獲取其產狀參數，獲取軟弱結構面修正系數；

5)地應力修正修系數

常規(guī)隧道地應力根據抵抗報告取值進行修正。

4.基于權利要求1～3中任一項所述方法的基于多源數據融合的隧道圍巖定量快速分級裝置，其特征在于：包括：

地勘報告圍巖強度Rc模塊，用于地質勘察、現場測試及實驗室圍巖參數數據進行分析，得出隧址區(qū)地質分布狀況、斷層及巖溶段位置、不同里程圍巖級別大致分布狀況，判斷圍巖基本質量指標BQ；

完整性指標Kv模塊，收集TGP在不同圍巖巖性、斷層、節(jié)理、破碎帶和溶蝕通道電磁波反射后形成的雷達圖像；計算彈性波在不同工程地質巖組，代表性的點測出的巖體彈性縱波速度，判斷巖體完整性指標；

地應力修正系數K3模塊，依據現場測試或不同圍巖在地應力作用下開挖過程的現象，得出初始應力狀態(tài)的修正值；

軟弱結構面修正系數K2模塊，借助羅盤、地勘資料及超前地質預報的測試數據，判斷結構面走向與洞軸線的夾角，結構面傾角，判斷軟弱結構面修正值；

地下水修正系數K1模塊，借助法拉第電磁感應原理，收集并記錄掌子面前方富水溶洞、含水斷層及含水裂隙電阻率變化情況，從而判斷隧址區(qū)地下水修正值；

掌子面信息及圖形采集模塊，用于記錄和收集掌子面地層信息，借助地質資料預測掌子面前方圍巖變化趨勢；

結果輸出模塊，根據輸入的參數預測掌子面前方一定距離的圍巖級別。