[發明專利]一種隧道爆破方案智能設計方法

在審

• 申請號: 202310065822.7
• 申請日: 2023-01-13
• 公開（公告）號: CN116305406A
• 公開（公告）日: 2023-06-23
• 發明（設計）人: 何本國;馮夏庭;林波;薛瑞華;佟強;楊成祥
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: G06F30/13
• 分類號: G06F30/13;G06F30/27
• 代理公司: 沈陽東大知識產權代理有限公司 21109
• 代理人: 梁焱

1.一種隧道爆破方案智能設計方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：基于隧道的工程地質勘查報告與掌子面超前地質預報，得到爆破設計參數①；

步驟2：基于爆破設計參數④，運用隧道工程爆破理論與計算機深度學習技術，得到鉆爆法隧道爆破方案01；

步驟3：基于爆破設計參數⑦，運用計算機深度學習技術，構建鉆爆法隧道爆破方案樣本庫，輸入爆破設計參數⑦得到相適應的待建鉆爆法隧道爆破方案02；

步驟4：基于獲得的鉆爆法隧道爆破方案群，即鉆爆法隧道爆破方案01與鉆爆法隧道爆破方案02，采用人工選取的辦法，選取得到最終的鉆爆法隧道爆破方案。

2.根據權利要求1所述的一種隧道爆破方案智能設計方法，其特征在于，步驟1中所述爆破設計參數①為爆破設計參數；其中包括隧道爆破方案設計段的埋深、樁號范圍、圍巖級別、圍巖參數、地層參數、地質構造、地應力分布情況、水文地質特征；

所述工程地質勘查報告與掌子面超前地質預報，在隧道未開挖時由設計院提供工程地質勘查報告，在隧道開挖時由隧道施工單位提供掌子面超前地質預報；在隧道未開挖時，采用工程地質勘查報告所得的爆破設計參數②，面對隧道工程設計單位進行輔助設計；隧道開挖時，采用掌子面超前地質預報所得的爆破設計參數③，面對隧道工程施工單位針對隧道掌子面的真實情況進行爆破方案的優化，提高爆破效率與安全，若爆破設計參數②與爆破設計參數③兩者參數相同，則參數不變更，即爆破設計參數①為隧道的工程地質勘查報告所得的爆破設計參數②；兩者參數相不同，則爆破設計參數①為隧道工程施工單位運用掌子面超前地質預報真實所得的爆破設計參數③。

3.根據權利要求1所述的一種隧道爆破方案智能設計方法，其特征在于，步驟2中所述爆破設計參數④包括爆破設計參數①、隧道工程要求、機械配備能力；

所述鉆爆法隧道爆破方案01包括施工斷面圖，炮眼布置圖，掏槽孔布置圖以及爆破參數表。

4.根據權利要求1所述的一種隧道爆破方案智能設計方法，其特征在于，步驟2具體包括以下步驟：

步驟2.1：根據隧道工程要求，獲得隧道開挖斷面，即掌子面形狀與尺寸；

步驟2.2：根據爆破設計參數④，基于深度學習技術構建隧道掘進開挖方法選取模型；

步驟2.2.1：構建樣本庫，該樣本庫包括爆破設計參數④與對應隧道掘進開挖方法；

步驟2.2.2：基于神經網絡構建隧道掘進開挖方法選取模型，將樣本庫代入所述隧道掘進開挖方法選取模型進行訓練；

所述隧道掘進開挖方法選取模型的深度神經網絡，設置其網絡層數為5層，即輸入層，3層隱含層和輸出層；其中輸入層對應爆破設計參數④中參數，而輸出層對應隧道掘進開挖方法，隱含層選用正切函數或者對數函數作為傳遞函數即隱含層的激活函數；

隧道掘進開挖方法選取模型建立后，輸入樣本庫對其進行訓練，當目標值和實際值的平方誤差小于預期時，即獲得訓練后的隧道掘進開挖方法選取模型；

步驟2.2.3：向訓練后的隧道掘進開挖方法選取模型輸入爆破設計參數④對應參數，獲得對應得隧道掘進開挖方法；

步驟2.3：基于爆破設計參數⑤，根據隧道工程爆破理論，運用深度學習技術與計算機建模技術，得到炮孔布置方式與隧道爆破參數；

所述爆破設計參數⑤包括爆破設計參數①、開挖斷面形狀與尺寸、隧道掘進開挖方法、隧道工程要求、機械配備能力；

步驟2.3.1：根據爆破設計參數⑤，基于深度學習技術構建炮孔布置方式選取模型；

其中在掌子面布置3種類型的炮孔：掏槽孔、輔助孔、周邊孔；

步驟2.3.1.1：構建樣本庫，該樣本庫包括爆破設計參數⑤與對應不同種類炮孔布置方式；

步驟2.3.1.2：基于神經網絡構建炮孔布置方式選取模型，將樣本庫代入所述炮孔布置方式選取模型進行訓練；

所述炮孔布置方式選取模型的深度神經網絡，設置其網絡層數為5層，即輸入層，3層隱含層和輸出層；其中輸入層對應爆破設計參數⑤中參數，而輸出層對應不同種類炮孔布置方式，隱含層選用正切函數或者對數函數作為傳遞函數，即隱含層的激活函數；

炮孔布置方式選取模型建立后，輸入樣本庫對其進行訓練，當目標值和實際值的平方誤差小于預期時，即獲得訓練后的炮孔布置方式選取模型；

步驟2.3.1.3：向訓練后的炮孔布置方式選取模型輸入爆破設計參數⑤對應參數，獲得對應得不同種類炮孔布置方式；

步驟2.3.2：基于爆破設計參數⑥，根據隧道工程爆破理論，運用計算機建模技術，得到隧道爆破參數；

所述爆破設計參數⑥包括爆破設計參數、開挖斷面形狀與尺寸、隧道工程要求；

所述隧道爆破參數包括炮孔深度、炸藥單耗、單循環裝藥量、炮孔間距、單孔裝藥量；在隧道工程爆破理論中根據爆破設計參數⑥運用公式進行建模計算，運用Python進行建模運算，具體流程如下：

1)爆破設計參數⑥的數據存放在txt里；

2)編寫函數，具體包括炮孔深度函數、炸藥單耗函數、單循環裝藥量函數、炮孔間距函數、單孔裝藥量函數，函數來源于隧道工程爆破理論，傳入參數；

3)加載數據并計算，返回計算結果，結果為隧道爆破參數；

步驟2.4：起爆順序與起爆方法；

起爆順序與起爆方法依據所選起爆器材和隧道施工要求；

步驟2.5：基于隧道開挖斷面、隧道掘進開挖方法、炮孔布置方式、起爆順序與起爆方法、隧道爆破參數，運用AI繪圖軟件，得到鉆爆法隧道爆破方案01。