CN105891443B - 一种隧道岩层地质数据采集处理方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种隧道岩层地质数据采集处理方法及系统。本发明的方法包括以下步骤：在数字凿岩台车穿凿隧道岩层的过程中采集获取穿凿作业点的岩层数据以及所述穿凿作业点的隧道位置信息；建立所述岩层数据与所述隧道位置信息之间的关联关系，其中，同一时刻采集的所述岩层数据与所述隧道位置信息相互对应；构造隧道岩层地质数据库，将所述隧道位置信息、所述岩层数据以及所述关联关系存入所述隧道岩层地质数据库。与现有技术相比，根据本发明的方法和系统可以快速简单的自动采集存储更加便于直接应用的隧道岩层地质数据。

Description

一种隧道岩层地质数据采集处理方法及系统

技术领域

本发明涉及隧道施工领域，具体说涉及一种隧道岩层地质数据采集处理方法及系统。

背景技术

隧道是修建在地下或水下供车辆通行的建筑物(例如铁路隧道、公路隧道)。在道路施工或是地质勘探开采过程中常常需要进行隧道挖掘。通常隧道根据其所在位置可分为三大类：为缩短距离和避免大坡道而从山岭或丘陵下穿越的称为山岭隧道；为穿越河流或海峡而从河下或海底通过的称为水下隧道；为适应通过大城市的需要而在城市地下穿越的称为城市隧道。这三类隧道中修建最多的是山岭隧道。

无论哪种类型的隧道，其本质都是在岩层/土壤中进行挖掘。为了实现隧道的顺利挖掘以及之后的隧道建设维护，就需要了解隧道所通过的地层(以下统称隧道岩层)的地质情况。因此通常在隧道挖掘过程中会随时采集隧道岩层的岩层数据以便了解隧道岩层的地质状况。

在现有技术环境下，通常是一边进行隧道挖掘一边通过对已开挖的隧道岩壁进行人工数据采集以获取隧道岩层的岩层数据。由于采集到的数据也比较凌乱，在读取应用岩层数据之前需要对采集到的数据作进一步的汇集处理。这就导致了大量人力资源以及处理时间的消耗，不仅提高了隧道挖掘的成本还降低了隧道挖掘的效率。

因此，为了降低隧道挖掘的成本，提高隧道挖掘的效率，需要一种新的隧道岩层地质数据采集处理方法。

发明内容

为了降低隧道挖掘的成本，提高隧道挖掘的效率，本发明提供了一种隧道岩层地质数据采集处理方法，所述方法包括以下步骤：

在数字凿岩台车穿凿隧道岩层的过程中采集获取穿凿作业点的岩层数据以及所述穿凿作业点的隧道位置信息；

建立所述岩层数据与所述隧道位置信息之间的关联关系，其中，同一时刻采集的所述岩层数据与所述隧道位置信息相互对应；

构造隧道岩层地质数据库，将所述隧道位置信息、所述岩层数据以及所述关联关系存入所述隧道岩层地质数据库。

在一实施例中，所述方法还包含以下步骤：

基于应用需求对所述隧道岩层地质数据库存储的数据进行筛选输出。

在一实施例中，在对所述隧道岩层地质数据库存储的数据进行筛选输出的过程中：

基于应用需求确定所述隧道岩层的一特定位置；

获取所述特定位置对应的所述隧道位置信息；

获取并输出所述隧道位置信息对应的所述岩层数据。

在一实施例中，在对所述隧道岩层地质数据库存储的数据进行筛选输出的过程中：

基于应用需求确定所述隧道岩层的一特定空间范围；

获取并输出所述隧道岩层地质数据库中在所述特定空间范围内的所有所述隧道位置信息以及对应的所述岩层数据，其中，输出的所述隧道位置信息以及所述岩层数据保持一一对应的状态。

在一实施例中，根据所述特定空间范围内的所有所述隧道位置信息以及对应的所述岩层数据绘制并输出地质结构图。

在一实施例中，在采集所述岩层数据的过程中：

采集所述数字凿岩台车穿凿所述隧道岩层的穿凿压力；

基于所述穿凿压力分析获取当前穿凿点的岩层数据。

本发明还提出了一种隧道岩层地质数据采集处理系统，所述系统包括：

岩层数据采集器，其用于在数字凿岩台车穿凿隧道岩层的过程中采集当前穿凿作业点的岩层数据；

定位器，其用于在所述数字凿岩台车穿凿隧道岩层的过程中获取所述穿凿作业点的隧道位置信息；

存储器，其与所述岩层数据采集器以及所述定位器相连，用于存储所述岩层数据以及所述隧道位置信息，所述存储器被构造成基于采集时刻对应存储所述岩层数据以及所述隧道位置信息。

在一实施例中，所述系统还包含地质状况输出模块，所述地质状况分析模块与所述存储器相连，用于筛选输出所述存储器存储的数据。

在一实施例中，所述地质状况输出模块包含：

位置信息获取器，其用于获取使用者指定的所述隧道岩层的特定位置的位置信息；

数据提取器，其与所述存储器以及所述位置信息获取器相连，用于从所述存储器提取与所述特定位置对应的所述隧道位置信息以及与所述隧道位置信息采集时刻相同的所述岩层数据；

输出单元，其与所述数据提取器相连，用于对所述岩层数据和对应的所述隧道位置信息进行分析以获取相应的地质状况。

在一实施例中，所述输出单元包含地质结构图绘制模块，所述地质结构图绘制模块用于基于所述岩层数据和对应的所述隧道位置信息绘制地质结构图。

在一实施例中，所述岩层数据采集器包含压力传感器，所述压力传感器用于采集所述数字凿岩台车穿凿隧道岩层的穿凿压力。

与现有技术相比，根据本发明的方法和系统可以快速简单的自动采集存储更加便于直接应用的隧道岩层地质数据。

本发明的其它特征或优点将在随后的说明书中阐述。并且，本发明的部分特征或优点将通过说明书而变得显而易见，或者通过实施本发明而被了解。本发明的目的和部分优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的步骤来实现或获得。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是根据本发明一实施例的方法流程图；

图2是根据本发明一实施例系统结构简图。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此本发明的实施人员可以充分理解本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程并依据上述实现过程具体实施本发明。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

为了实现隧道的顺利挖掘以及之后的隧道建设维护，需要了解隧道岩层的地质情况。因此通常在隧道挖掘过程中会随时采集隧道岩层的岩层数据以便了解隧道岩层的地质状况。

在现有技术环境下，通常是一边进行隧道挖掘一边通过对已开挖的隧道岩壁进行人工数据采集以获取隧道岩层的岩层数据。由于采集到的数据也比较凌乱，在读取应用岩层数据之前需要对采集到的数据作进一步的汇集处理。这就导致了大量人力资源以及处理时间的消耗，不仅提高了隧道挖掘的成本还降低了隧道挖掘的效率。

因此，为了降低隧道挖掘的成本，提高隧道挖掘的效率，本发明提出了一种隧道岩层地质数据采集处理方法。

在现有技术的隧道挖掘通常采用钻爆法。钻爆法的一般流程是首先在岩石上开孔，然后在孔洞内装填炸药，最后利用炸药爆炸来开挖岩石。在钻爆法的实施过程中，当前主要利用凿岩台车对岩石进行钻孔。也就是说，隧道挖掘面的每一步推进都有凿岩台车的参与。进一步的说，凿岩台车的穿凿作业点的空间分布集合就可以近似的代表整个隧道空间。

基于上述分析，在本发明的方法中，在凿岩台车穿凿隧道岩层的过程中采集获取穿凿作业点的岩层数据。这样就相当于对整个隧道所占用的空间中的岩石进行了岩层数据采样。由于岩层数据的一致性(在一个范围内的岩石性质相同/相似)，上述岩层数据采样就可以作为隧道所经过的岩层的岩层数据采样。

进一步的，在采集岩层数据的过程中同时采集穿凿作业点的隧道位置信息。接下来建立岩层数据与隧道位置信息之间的关联关系。岩层数据与隧道位置信息之间的关联关系就是它们的采集时刻，同一时刻采集的岩层数据与隧道位置信息相互对应。这就相当于定位每一个岩层数据采样的采集点位置。最后构造隧道岩层地质数据库，将隧道位置信息、岩层数据以及关联关系存入隧道岩层地质数据库。

这样，就拥有了一个包含整条隧道所通过的所有隧道岩层的岩层数据采样的数据库。由于数据库中每个岩层数据都有其对应的隧道位置信息(采集点)，所以可以很容易的从空间角度立体分析整条隧道所通过的隧道岩层的地质状况。大大提高了地质数据的易用性。

另外，由于是在凿岩台车进行穿凿作业的同时进行采集，因此并不会干扰挖掘工作的正常进行，大大提高了挖掘效率。进一步的，凿岩台车在进行穿凿作业时需要首先对穿凿作业点(钻点)进行定位。因此可以直接采用凿岩台车的钻点定位信息作为穿凿作业点的隧道位置信息，不需要单独采集，这进一步减少了数据采集的工作量。

尤其是当前穿凿作业通常采用数字凿岩台车，其钻点定位信息以数据的方式直接存储在系统中，可以通过对钻点定位信息的读取自动获取穿凿作业点的隧道位置信息。

接下来基于附图详细描述本发明一实施例的方法执行流程。附图的流程图中示出的步骤可以在包含诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行。虽然在流程图中示出了各步骤的逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

如图1所示，在凿岩台车穿凿作业开始(步骤S100)后，执行步骤S110，采集岩层数据步骤，采集获取穿凿作业点的岩层数据。并同时执行步骤S120，采集穿凿作业点位置步骤，采集穿凿作业点的隧道位置信息。

这里需要注意的是，在本实施例中，只有在凿岩台车进行穿凿作业时才进行岩层数据的采集，这样就能保证只采集穿凿作业点的岩层数据。由于不同的穿凿作业点位置不会重合，这样就在保证采样点数量的基础上避免了同一位置重复采样，从而减少了岩层数据的数据量。

由于不同质地/结构的岩石具有不同的硬度，因此穿凿不同的岩石的所需的穿凿压力也不同。基于上述原理，在本实施例中，采用穿凿压力匹配的方式来获取岩层数据。

具体的，首先要采集并保存穿凿压力与岩层数据对应关系表。即采集并保存不同岩层的岩层数据以及穿凿该岩层所需的穿凿压力。在步骤S110中，首先执行步骤S111，采集穿凿压力步骤，采集凿岩台车穿凿当前穿凿作业点岩层的穿凿压力(利用凿岩机压力数据和和凿岩机钻杆等数据进行计算获取穿凿作业点处岩石所受穿凿压力的大小)；然后执行步骤S112，压力匹配步骤，将采集到的穿凿压力与已保存的穿凿压力与岩石数据对应关系表中的穿凿压力进行匹配；最后执行步骤S113，获取岩层数据，获取与当前穿凿压力对应的岩层数据。

在步骤S110以及步骤S120之后就可以执行步骤S130，存储步骤，将隧道位置信息、岩层数据以及它们之间的关联关系存入隧道岩层地质数据库。针对隧道位置信息与岩层数据之间的关联关系，在本实施例中，隧道岩层地质数据库为每个保存的隧道位置信息和岩层数据添加采集时刻标签，标注其采集时刻(存储时刻)。

为了进一步提高地质数据的实用性，配合隧道挖掘工作。在本实施例中，在隧道岩层地质数据库保存数据后(步骤S130后)还对隧道岩层地质数据库存储的数据进行筛选输出。

对隧道岩层的地质状况的了解需求通常可分为两大类，一是针对某一特定位置点的地质状况了解需求；二是针对某一特定位置范围内的地质状况了解需求。

针对特定位置点的地质状况了解需求，在本实施例中，首先执行步骤S140，指定位置点步骤，基于应用需求(地质状况了解需求)确定隧道岩层的一特定位置；然后执行步骤S141，匹配位置点步骤，获取特定位置对应的隧道位置信息；接下来执行步骤S142，提取岩层数据步骤，提取与隧道位置信息对应的岩层数据；最后执行步骤S160，将提取的岩层数据输出。

针对特定位置范围内的地质状况了解需求，在本实施例中，首先执行步骤S150，指定位置范围步骤，基于应用需求(地质状况了解需求)确定隧道岩层的一特定空间范围；然后执行步骤S151，分析位置点步骤，分析提取隧道岩层地质数据库中在上述特定空间范围内的所有隧道位置信息；接下来执行步骤S152，提取岩层数据步骤，提取与提取出的所有隧道位置信息对应的岩层数据；最后执行步骤S160，将提取的所有隧道位置信息以及对应的岩层数据输出。在这里需要注意的是，在步骤S160中，针对特定位置范围输出的隧道位置信息以及对应的岩层数据依然保持一一对应的状态。这样就能直观的表示不同位置的地质状况，从而提高地址数据的可读性与实用性。

进一步的，在本实施例中，在步骤S152之后还可以执行步骤S153，绘制地质结构图步骤，根据特定空间范围内的所有隧道位置信息以及对应的岩层数据绘制地质结构图。最后执行步骤S160，输出地质结构图。例如，对隧道在钻进方向进行剖面，以钻进过程中的数据，钻进深度，及各采集点分析得的岩层数据进行绘制该钻进过程中的地质结构图。

基于本发明的方法，本发明还提出了一种隧道岩层地质数据采集处理系统。如图2所示，系统包含岩层数据采集器210、定位器220以及存储器230。

岩层数据采集器210用于在凿岩台车穿凿隧道岩层的过程中采集当前穿凿作业点的岩层数据。具体的，在本实施例中，岩层数据采集器210包含压力传感器211、对比装置212以及存储器213。压力传感器211用于采集凿岩台车穿凿当前穿凿作业点岩层的穿凿压力(利用凿岩机压力数据和和凿岩机钻杆等数据进行计算获取穿凿作业点处岩石所受穿凿压力的大小)；存储器213用于保存不同岩层的岩层数据以及穿凿该岩层所需的穿凿压力；对比装置212用于将采集到的穿凿压力与已保存的穿凿压力与岩石数据对应关系表中的穿凿压力进行匹配并输出匹配结果对应的岩石数据。

进一步的，针对数字凿岩台车，凿岩机压力数据和和凿岩机钻杆等数据可以直接从数字凿岩台车处读取。

定位器220用于在凿岩台车穿凿隧道岩层的过程中获取穿凿作业点的隧道位置信息。进一步的，针对数字凿岩台车，穿凿作业点的隧道位置信息可以直接从数字凿岩台车处的钻点定位信息中读取。

存储器230与岩层数据采集器210以及定位器220相连，用于存储岩层数据以及隧道位置信息。存储器230被构造成基于采集时刻对应存储岩层数据以及隧道位置信息。

综上，与现有技术相比，根据本发明的系统可以快速简单的自动采集存储更加便于直接应用的隧道岩层地质数据。进一步的，在本实施例中，岩层数据采集器210、定位器220以及存储器230直接安装在凿岩台车上(或基于凿岩台车上原有的硬件构造)。在本发明的其它实施例中，也可以构造独立于凿岩台车的岩层数据采集器、定位器以及存储器。

在本实施例中，系统还包含地质状况输出模块240，地质状况分析模块240与存储器230相连，用于筛选输出存储器230存储的数据。地质状况输出模块240包含：

位置信息获取器241，其用于获取使用者指定的隧道岩层的特定位置的位置信息；

数据提取器242，其与存储器230以及位置信息获取器241相连，用于从存储器230中提取与使用者指定的特定位置对应的隧道位置信息以及与隧道位置信息采集时刻相同的岩层数据；

输出单元243，其与数据提取器242相连，用于输出数据提取器242提取出的隧道位置信息以及岩层数据。

这里需要说明的是，当使用者指定的特定位置为一特定位置点时，输出单元243只需输出该点的岩层数据。当使用者指定的特定位置为一特定位置范围时，数据提取器242提取存储器230中该特定位置范围内所有的隧道位置信息以及相应的岩层数据。并且，输出单元243输出隧道位置信息和岩层数据仍然保持一一对应的关系。

进一步的，输出单元243包含地质结构图绘制模块244。地质结构图绘制模块244用于基于岩层数据和对应的隧道位置信息绘制地质结构图。这样，当使用者指定的特定位置为一特定位置范围(隧道整体)时，输出单元243就可以输出该特定位置范围(隧道整体)的地质结构图。

虽然本发明所公开的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。本发明所述的方法还可有其他多种实施例。在不背离本发明实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变或变形，但这些相应的改变或变形都应属于本发明的权利要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种隧道岩层地质数据采集处理方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

在数字凿岩台车穿凿隧道岩层的过程中采集获取穿凿作业点的岩层数据以及所述穿凿作业点的隧道位置信息；

建立所述岩层数据与所述隧道位置信息之间的关联关系，其中，同一时刻采集的所述岩层数据与所述隧道位置信息相互对应；

构造隧道岩层地质数据库，将所述隧道位置信息、所述岩层数据以及所述关联关系存入所述隧道岩层地质数据库；

基于应用需求对所述隧道岩层地质数据库存储的数据进行筛选输出；

其中，在采集所述岩层数据的过程中：

采集所述数字凿岩台车穿凿所述隧道岩层的穿凿压力，并保存不同岩层的岩层数据与穿凿该岩层所需的穿凿压力的对应关系表；

将采集到的穿凿压力与已保存的对应关系表中的穿凿压力进行匹配；

获取与当前穿凿压力对应的岩层数据。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在对所述隧道岩层地质数据库存储的数据进行筛选输出的过程中：

基于应用需求确定所述隧道岩层的一特定位置；

获取所述特定位置对应的所述隧道位置信息；

获取并输出所述隧道位置信息对应的所述岩层数据。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在对所述隧道岩层地质数据库存储的数据进行筛选输出的过程中：

基于应用需求确定所述隧道岩层的一特定空间范围；

获取并输出所述隧道岩层地质数据库中在所述特定空间范围内的所有所述隧道位置信息以及对应的所述岩层数据，其中，输出的所述隧道位置信息以及所述岩层数据保持一一对应的状态。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，根据所述特定空间范围内的所有所述隧道位置信息以及对应的所述岩层数据绘制并输出地质结构图。

5.一种隧道岩层地质数据采集处理系统，其特征在于，所述系统包括：

岩层数据采集器，其用于在数字凿岩台车穿凿隧道岩层的过程中采集当前穿凿作业点的岩层数据；

定位器，其用于在所述数字凿岩台车穿凿隧道岩层的过程中获取所述穿凿作业点的隧道位置信息；

存储器，其与所述岩层数据采集器以及所述定位器相连，用于存储所述岩层数据以及所述隧道位置信息，所述存储器被构造成基于采集时刻对应存储所述岩层数据以及所述隧道位置信息；

地质状况输出模块，所述地质状况输出模块与所述存储器相连，用于筛选输出所述存储器存储的数据；

其中，所述岩层数据采集器包括：

压力传感器，其用于采集所述数字凿岩台车穿凿隧道岩层的穿凿压力；

存储器，其用于存储不同岩层的岩层数据与穿凿该岩层所需的穿凿压力的对应关系表；

对比装置，其与所述压力传感器和所述存储器相连，用于将采集到的穿凿压力与已保存的对应关系表中的穿凿压力进行匹配，并输出匹配结果对应的岩层数据。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述地质状况输出模块包含：

位置信息获取器，其用于获取使用者指定的所述隧道岩层的特定位置的位置信息；

数据提取器，其与所述存储器以及所述位置信息获取器相连，用于从所述存储器提取与所述特定位置对应的所述隧道位置信息以及与所述隧道位置信息采集时刻相同的所述岩层数据；

输出单元，其与所述数据提取器相连，用于对所述岩层数据和对应的所述隧道位置信息进行分析以获取相应的地质状况。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述输出单元包含地质结构图绘制模块，所述地质结构图绘制模块用于基于所述岩层数据和对应的所述隧道位置信息绘制地质结构图。