CN109886534A - 用于隧道围岩分级的辨识方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供用于隧道围岩分级的辨识方法，其包含：采集凿岩机在隧道掌子面钻进时的随钻参数数据以及随钻参数数据对应位置的岩石地质信息，并对随钻参数数据进行标准化处理；对经过标准化处理后的随钻参数数据进行数据分析，结合岩石地质信息，确定同一位置随钻参数与围岩强度之间的关系；采集隧道掌子面的掌子面图像，对掌子面图像进行图像处理，确定同一位置掌子面图像与岩石完整程度的判别关系；综合同一位置随钻参数与围岩强度之间的关系以及同一位置掌子面图像与岩石完整程度的判别关系，对隧道围岩进行分级判断，确定隧道围岩等级。本发明能够通过采集的隧道掌子面图像、随钻参数数据以及岩石地质信息对隧道围岩的等级进行确定。

Description

用于隧道围岩分级的辨识方法及装置

技术领域

本发明涉及围岩探测领域，具体地说，涉及一种用于隧道围岩分级的辨识方法及装置。

背景技术

近年来，随着高速铁路的发展，山区铁路的建设日益增多，相应的隧道建设也日益增多。隧道围岩分级是选择施工方法的依据，是确定衬砌结构的类型尺寸、确定结构荷载等的基础。目前来说，传统的围岩分级方法围岩的分级存在较大的难度是因为目前对于围岩的分级指标与围岩等级之间尚未建立精确的本构关系，或者说就是对于用什么指标能够真实、准确的反应围岩等级还没找到确切的答案，并且各级围岩之间没有明确的界限。以上情况就注定围岩等级的划分是一个困难的过程，需要综合运用各种信息。

因此，本发明提供了一种用于隧道围岩分级的辨识方法及装置。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种用于隧道围岩分级的辨识方法，所述方法包含以下步骤：

采集凿岩机在隧道掌子面钻进时的随钻参数数据以及所述随钻参数数据对应位置的岩石地质信息，并对所述随钻参数数据进行标准化处理；

对经过标准化处理后的随钻参数数据进行数据分析，结合所述岩石地质信息，确定同一位置随钻参数与围岩强度之间的关系；

采集隧道掌子面的掌子面图像，对所述掌子面图像进行图像处理，确定同一位置掌子面图像与岩石完整程度的判别关系；

综合同一位置随钻参数与围岩强度之间的关系以及同一位置掌子面图像与岩石完整程度的判别关系，对隧道围岩进行分级判断，确定隧道围岩等级。

根据本发明的一个实施例，所述随钻参数数据包含：钻进速率数据、推进压力数据、冲击压力数据、回转压力数据、回转速度数据、水压力数据以及水流量数据。

根据本发明的一个实施例，所述岩石地质信息包含：岩石强度、地下水情况、结构构造以及围岩等级划分结果历史信息。

根据本发明的一个实施例，对所述随钻参数数据进行标准化处理的步骤中，还包含以下步骤：

通过Min-Max标准化处理方法对所述随钻参数进行线性变换，将所述随钻参数数据转化为无量纲数据。

根据本发明的一个实施例，确定同一位置随钻参数与围岩强度之间的关系的步骤中，还包含以下步骤：

对经过标准化处理后随钻参数数据，运用主成分分析方法进行降维处理，得到降维随钻参数数据；

针对所述降维随钻参数数据，采用主元分析方法确定随钻参数中的独立自由变量，根据所述独立自由变量分析随钻参数与所述岩石地质信息之间的关系，得到分析结果；

依据所述分析结果，利用统计学方法分析岩石强度与随钻参数之间的变化规律，确定同一位置随钻参数与围岩强度之间的关系。

根据本发明的一个实施例，对所述掌子面图像进行图像处理的步骤中，还包含以下步骤：

利用Canny算子对所述掌子面图像进行边缘检测，确定所述掌子面图像中的边界；

针对所述掌子面中的边界，采用数学形态学细化算法进行细化处理，得到单像素宽边界；

依据得到的所述单像素宽边界，提取掌子面岩石质量指标、单位面积裂隙长度以及平均裂隙间距。

根据本发明的一个实施例，所述方法还包含：

当确定的所述隧道围岩等级存在偏差，对同一位置随钻参数与围岩强度之间的关系以及同一位置掌子面图像与岩石完整程度的判别关系进行修正。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种用于隧道围岩分级的辨识装置，所述装置包含：

采集及标准化模块，其用于采集凿岩机在隧道掌子面钻进时的随钻参数数据以及所述随钻参数数据对应位置的岩石地质信息，并对所述随钻参数数据进行标准化处理；

围岩强度模块，其用于对经过标准化处理后的随钻参数数据进行数据分析，结合所述岩石地质信息，确定同一位置随钻参数与围岩强度之间的关系；

岩石完整度模块，其用于采集隧道掌子面的掌子面图像，对所述掌子面图像进行图像处理，确定同一位置掌子面图像与岩石完整程度的判别关系；

围岩等级模块，其用于综合同一位置随钻参数与围岩强度之间的关系以及同一位置掌子面图像与岩石完整程度的判别关系，对隧道围岩进行分级判断，确定隧道围岩的等级。

根据本发明的一个实施例，所述采集及标准化模块包含：

线性变换单元，其用于通过Min-Max标准化处理方法对所述随钻参数进行线性变换，将所述随钻参数数据转化为无量纲数据。

根据本发明的一个实施例，所述围岩强度模块包含：

降维单元，其用于对经过标准化处理后随钻参数数据，运用主成分分析方法进行降维处理，得到降维随钻参数数据；

分析单元，其用于针对所述降维随钻参数数据，采用主元分析方法确定随钻参数中的独立自由变量，根据所述独立自由变量分析随钻参数与所述岩石地质信息之间的关系，得到分析结果；

确定单元，其用于依据所述分析结果，利用统计学方法分析岩石强度与随钻参数之间的变化规律，确定同一位置随钻参数与围岩强度之间的关系。

本发明提供的用于隧道围岩分级的辨识方法通过采集的隧道掌子面图像、随钻参数数据以及随钻参数数据对应位置的岩石地质信息对隧道围岩的等级进行确定。适用于各种条件的隧道，盾构隧道及山岭隧道均可使用，可以直接利用隧道施工时的凿岩机，不需借助其它设备也不需单独钻孔。并且，本发明能够在实施隧道施工的同时对掌子面前方围岩进行等级判别，本发明操作简便，具备无人化操作前景。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他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结构来实现和获得。

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显示了根据本发明的一个实施例的用于隧道围岩分级的辨识方法流程图；

图2显示了根据本发明的一个实施例的用于隧道围岩分级的辨识方法进行围岩强度分析的流程图；

图3显示了根据本发明的一个实施例的用于隧道围岩分级的辨识方法进行图像处理的流程图；

图4显示了根据本发明的另一个实施例的用于隧道围岩分级的辨识方法流程图；以及

图5显示了根据本发明的一个实施例的用于隧道围岩分级的辨识装置结构框图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合附图对本发明实施例作进一步地详细说明。

目前关于围岩分级的方法主要有定性、定量和定性与定量结合这三种基本方式。

定性划分围岩等级对于知识、经验的成分依赖较大，有一定的人为主观因素和不确定性，实际使用中，往往存在不一致，随勘察人员认知和经验的差别，可能对同一围岩作出级别不同的判断。采用定性分类的围岩类别，有时不同人员作出的围岩分类会出现较大的差别，因此该方法存在明显的弊端。

定量划分围岩等级主要是依据大量的数据总结，根据对围岩性质进行测试的指标给予评分，再根据相关公式计算后得出围岩的质量指标，并以该指标值进行分类，划分围岩级别。目前应用比较广泛、影响较大的定量划分方法有岩体质量分级法、RMR围岩分级法和Q值法。

岩石质量指标分级法，是国际上通用的鉴别岩石工程性质好坏的方法，由美国伊利诺斯大学提出和发展起来。该方法是利用钻孔的修正岩芯采取率来评价岩石质量的优劣。即用直径为75mm的金刚石钻头和双层岩芯管在岩石中钻进，连续取芯，每次钻进所取岩芯中，长度大于10cm的岩芯段长度之和与该回次进尺的比值，以百分比表示，根据百分比大小将围岩划分为5个类别，其中1类表示岩石质量指标最好，5类表示岩石质量指标最差。

RMR围岩分级法是由南非工程师Bieniawski总结了300多条隧道的记录基础上得出的隧道围岩分级方法。该方法首先是将岩石强度、岩石质量指标(RQD)、结构面间距、不连续结构面特征、地下水这5个参数量化，计算出分级基数，然后通过不连续结构面方向修正系数(B)，综合计算标准RMR值，根据RMR值将岩体分为五级，Ⅰ级RMR值介于81-100之间表示围岩岩质非常好，Ⅴ级RMR值小于21表示围岩岩质极差。

Q值法由挪威岩土工程师Barton于1971-1974年间提出来的。该方法主要考察围岩结构、完整性和应力情况，首先对岩体质量指标RQD、节理组数、节理粗糙程度、节理蚀变系数、节理水折减系数、应力折减系数这六项指标进行评分，再根据相应公式计算出Q值，并按Q值的大小将岩体分为十一级。

定量划分围岩等级虽然应用比较广泛，但由于围岩的性质和存在环境受到众多因素的影响(包括地质构造、地下水状况、初始地应力状况等)，分级时仅仅采用少量的指标代入经验公式难以全面、准确地描述围岩的性状，而且指标参数测试数量有限，数据的代表性和抽样的代表性均存在一定的局限，实施时难度较大。

定性与定量结合来划分围岩等级的方法比较具有代表性的是我国的公路隧道围岩分级的方法。首先对岩石的坚硬程度和岩体完整程度进行定性评价，根据定性评价的结果初步划分围岩等级；再根据规范给出的公式计算BQ值，并根据地下水状态、主要软弱结构面产状和初始地应力状态三个指标修正BQ值。最后根据修正后的[BQ]值与定性划分的结果得出最后的围岩等级。该分级方法将围岩从好到差分为Ⅰ-Ⅵ级，Ⅰ围岩质量最好，Ⅵ级围岩质量最差。

综上所述，对于围岩等级的划分目前还没有一种普遍被大家所接受的方法，还处于不断探索尝试阶段。

图1显示了根据本发明的一个实施例的用于隧道围岩分级的辨识方法流程图。

如图1所示，在步骤S101中，采集凿岩机在隧道掌子面钻进时的随钻参数数据以及随钻参数数据对应位置的岩石地质信息，并对随钻参数数据进行标准化处理。

根据本发明的一个实施例，随钻参数数据包含：钻进速率数据、推进压力数据、冲击压力数据、回转压力数据、回转速度数据、水压力数据以及水流量数据。岩石地质信息包含：岩石强度、地下水情况、结构构造以及围岩等级划分结果历史信息。

在一个实施例中，对随钻参数进行标准化的方式可以是：通过Min-Max标准化处理方法对随钻参数进行线性变换，将随钻参数数据转化为无量纲数据。

得到标准化处理后的随钻参数数据后，在步骤S102中，对经过标准化处理后的随钻参数数据进行数据分析，结合岩石地质信息，确定同一位置随钻参数与围岩强度之间的关系。根据本发明的一个实施例，可以采用如图2所示的方法进行围岩强度分析。图2显示了根据本发明的一个实施例的用于隧道围岩分级的辨识方法进行围岩强度分析的流程图。

如图2所示，在步骤S201中，对经过标准化处理后随钻参数数据，运用主成分分析方法进行降维处理，得到降维随钻参数数据。然后，在步骤S202中，针对降维随钻参数数据，采用主元分析方法确定随钻参数中的独立自由变量，根据独立自由变量分析随钻参数与岩石地质信息之间的关系，得到分析结果。最后，在步骤S203中，依据分析结果，利用统计学方法分析岩石强度与随钻参数之间的变化规律，确定同一位置随钻参数与围岩强度之间的关系。

然后，在步骤S103中，采集隧道掌子面的掌子面图像，对掌子面图像进行图像处理，确定同一位置掌子面图像与岩石完整程度的判别关系。根据本发明的一个实施例，可以采用如图3所示的方法对掌子面图像进行图像处理。图3显示了根据本发明的一个实施例的用于隧道围岩分级的辨识方法进行图像处理的流程图。

如图3所示，在步骤S301中，利用Canny算子对掌子面图像进行边缘检测，确定掌子面图像中的边界。然后，在步骤S302中，针对掌子面中的边界，采用数学形态学细化算法进行细化处理，得到单像素宽边界。最后，在步骤S303中，依据得到的单像素宽边界，提取掌子面岩石质量指标、单位面积裂隙长度以及平均裂隙间距。

最后，在步骤S104中，综合同一位置随钻参数与围岩强度之间的关系以及同一位置掌子面图像与岩石完整程度的判别关系，对隧道围岩进行分级判断，确定隧道围岩等级。

需要说明的是，当确定的隧道围岩等级存在偏差，对同一位置随钻参数与围岩强度之间的关系以及同一位置掌子面图像与岩石完整程度的判别关系进行修正。

本发明综合运用机械设备的参数主要是凿岩机随钻参数、掌子面图像处理等多种能够反应围岩质量的信息，来判别围岩等级。首先对采集的随钻参数进行处理，确定各个参数的重要程度，选择主要的随钻参数；然后将随钻参数与岩石强度之间运用先进的智能算法建立一个对应关系；再结合掌子面图像的处理来识别岩体的结构构造情况、完整程度；最后综合多种能够搜集到的信息来建立先进的专家系统实现围岩等级自动化分，达到隧道围岩自动分级这样一个目标，为隧道智能化施工提供了一种技术方法。

图4显示了根据本发明的另一个实施例的用于隧道围岩分级的辨识方法流程图。

在一个实施例中，本发明以隧道智能建造中凿岩台车的随钻参数、采集的掌子面图像和围岩基本地质情况为研究对象，内容如下：首先应用bevel数据采集系统采集大量的凿岩机随钻参数样本，包括钻进速率、推进压力、冲击压力、回转压力、回转速度、水压力、水流量等，同时搜集与钻进参数对应位置的岩石基本地质信息，包括岩石强度、地下水情况、结构构造和人为围岩等级划分情况等。

然后，采用主元分析方法对采集的随钻参数数据进行降维处理，确定各个钻进的重要程度，选择钻进参数中的独立自由变量，根据钻进独立自由变量参数所隐含的特征信息，研究随钻参数变化与岩石基本地质信息之间的关系，利用统计学方法分析岩石强度与随钻参数的变化规律，建立随钻参数与岩石强度的关系。

最后，利用图像处理技术对采集的掌子面图像进行处理，获取岩石的完整程度情况。综合岩石强度和岩石完整程度的信息进而实现对围岩等级的划分。

具体来说，首先进行数据采集，数据采集可以为以下方式：

搜集前期多个施工现场的大量钻进参数，以及对应作业位置的岩石基本地质信息(包括地质勘探报告、基于岩石单轴饱和抗压强度实验的岩石强度值和超声波实验的岩石质量指标以及现场专业人员的围岩等级划分结果)。其中，钻进参数是指凿岩机的随钻参数，基于Bevel数据采集系统采集的凿岩机随钻参数，包括钻进速率、推进压力、冲击压力、回转压力、回转速度、水压力、水流量等。

然后进行数据处理，数据处理包含两个部分，分别是数据标准化以及数据分析，其中：

数据标准化可以为以下方式：

对采集的随钻参数数据进行Min-Max标准化([0，1])处理，对原始数据进行线性变换，新数据为(原始值-最小值)/(最大值-最小值)，通过此方法可以把数据转化为无量纲化指标测评值，各指标值处于同一数量级别，可进行综合测评分析。

数据分析可以为以下方式：

对标准化处理后的随钻参数，研究各个随钻参数的重要程度。运用主成分分析方法对随钻参数数据进行降维，把给定的随钻参数相关变量通过线性变换转成另一组不相关的变量，这些新的变量按照方差依次递减的顺序排列。在数学变换中保持变量的总方差不变，使第一变量具有最大的方差，称为第一主成分，第二变量的方差次大，并且和第一变量不相关，称为第二主成分。依次类推，I个变量就有I个主成分。通过此方法能将多指标转化为少数几个综合指标，其中每个指标都能够反映原始变量的大部分信息，且所含信息互不重复。

在此基础上，利用随钻参数中冲击压力、回转力矩、钻进率、推进压力等变量参数，采用主元分析方法确定钻进参数中的独立自由变量，根据钻进独立自由变量参数所隐含的特征信息，研究简化后的随钻参数变化与岩石基本地质信息之间的关系，尤其是与岩石强度之间的影响机理。利用统计学R型聚类分析方法分析岩石强度与随钻参数的变化规律，使相同类内的随钻数据的相似性尽可能大，而不同类内的随钻数据的差异性尽可能大，即实现数据的聚集与分离。基于各类岩石样本钻进数据库，得到钻进参数与围岩岩石强度的关系表达式。

接着，进行掌子面图像处理，对掌子面图像进行处理可以为以下方式：

采集施工掌子面高清图像，用图像处理技术对隧道掌子面图像做进一步研究，利用精度高和抗噪能力强的Canny算子进行边缘检测，采用数学形态学细化算法对检测出的边界进行细化处理，得到单像素宽边界。利用获取的结构面边界提取掌子面岩石质量指标、单位面积裂隙长度及平均裂隙间距等掌子面围岩参数，实现掌子面岩体的自动评价，利用掌子面图像的识别和处理判别岩体的完整程度。

最后，建立系统判别围岩等级，可以采用以下方式：

综合随钻参数和掌子面图像，利用随钻参数建立的参数与围岩强度的数学关系，以及掌子面图像自动学习岩层图片中所承载的表征岩石类型的特征信息和掌子面图像处理过后建立的图像判别岩石完整程度系统，实现岩石类别的自动分类。利用上述综合系统判断掌子面附近的围岩等级，如果系统所判断的围岩等级与基于人工(专家)围岩等级的划分基本一致，则该方法可以利用，否则，重新对随钻参数与围岩强度的数学关系式和掌子面图像与岩石完整程度的关系进行修正，达到基于系统所判断的围岩等级与基于人工(专家)围岩等级的划分结果一致的目的，实现围岩等级的自动分级。

如图4所示的辨识方法，基于随钻参数的归一化数据，应用有序加权平均方法，确定主要的随钻变量，建立了随钻参数与围岩强度的关系表达式。利用图像处理技术，建立了图像与岩石完整程度的关系。在此基础上，发明专家系统算法，实现了岩石等级的自动分类。

图5显示了根据本发明的一个实施例的用于隧道围岩分级的辨识装置结构框图。如图5所示，辨识装置500包含：采集及标准化模块501、围岩强度模块502、岩石完整度模块503以及围岩等级模块504。其中，采集及标准化模块501包含线性变换单元5011。围岩强度模块502包含降维单元5021、分析单元5022以及确定单元5023。

采集及标准化模块501用于采集凿岩机在隧道掌子面钻进时的随钻参数数据以及随钻参数数据对应位置的岩石地质信息，并对随钻参数数据进行标准化处理。线性变换单元5011用于通过Min-Max标准化处理方法对随钻参数进行线性变换，将随钻参数数据转化为无量纲数据。

围岩强度模块502用于对经过标准化处理后的随钻参数数据进行数据分析，结合岩石地质信息，确定同一位置随钻参数与围岩强度之间的关系。降维单元5021用于对经过标准化处理后随钻参数数据，运用主成分分析方法进行降维处理，得到降维随钻参数数据。分析单元5022用于针对降维随钻参数数据，采用主元分析方法确定随钻参数中的独立自由变量，根据独立自由变量分析随钻参数与所述岩石地质信息之间的关系，得到分析结果。确定单元5023用于依据分析结果，利用统计学方法分析岩石强度与随钻参数之间的变化规律，确定同一位置随钻参数与围岩强度之间的关系。

岩石完整度模块503用于采集隧道掌子面的掌子面图像，对掌子面图像进行图像处理，确定同一位置掌子面图像与岩石完整程度的判别关系。围岩等级模块504用于综合同一位置随钻参数与围岩强度之间的关系以及同一位置掌子面图像与岩石完整程度的判别关系，对隧道围岩进行分级判断，确定隧道围岩的等级。

本发明提供的用于隧道围岩分级的辨识方法通过采集的隧道掌子面图像、随钻参数数据以及随钻参数数据对应位置的岩石地质信息对隧道围岩的等级进行确定。适用于各种条件的隧道，盾构隧道及山岭隧道均可使用，可以直接利用隧道施工时的凿岩机，不需借助其它设备也不需单独钻孔。并且，本发明能够在实施隧道施工的同时对掌子面前方围岩进行等级判别，本发明操作简便，具备无人化操作前景。

应该理解的是，本发明所公开的实施例不限于这里所公开的特定结构、处理步骤或材料，而应当延伸到相关领域的普通技术人员所理解的这些特征的等同替代。还应当理解的是，在此使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而并不意味着限制。

说明书中提到的“一个实施例”或“实施例”意指结合实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，说明书通篇各个地方出现的短语“一个实施例”或“实施例”并不一定均指同一个实施例。

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。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所公开的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种用于隧道围岩分级的辨识方法，其特征在于，所述方法包含以下步骤：

采集凿岩机在隧道掌子面钻进时的随钻参数数据以及所述随钻参数数据对应位置的岩石地质信息，并对所述随钻参数数据进行标准化处理；

对经过标准化处理后的随钻参数数据进行数据分析，结合所述岩石地质信息，确定同一位置随钻参数与围岩强度之间的关系；

采集隧道掌子面的掌子面图像，对所述掌子面图像进行图像处理，确定同一位置掌子面图像与岩石完整程度的判别关系；

综合同一位置随钻参数与围岩强度之间的关系以及同一位置掌子面图像与岩石完整程度的判别关系，对隧道围岩进行分级判断，确定隧道围岩等级。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述随钻参数数据包含：钻进速率数据、推进压力数据、冲击压力数据、回转压力数据、回转速度数据、水压力数据以及水流量数据。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述岩石地质信息包含：岩石强度、地下水情况、结构构造以及围岩等级划分结果历史信息。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述随钻参数数据进行标准化处理的步骤中，还包含以下步骤：

通过Min-Max标准化处理方法对所述随钻参数进行线性变换，将所述随钻参数数据转化为无量纲数据。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，确定同一位置随钻参数与围岩强度之间的关系的步骤中，还包含以下步骤：

对经过标准化处理后随钻参数数据，运用主成分分析方法进行降维处理，得到降维随钻参数数据；

针对所述降维随钻参数数据，采用主元分析方法确定随钻参数中的独立自由变量，根据所述独立自由变量分析随钻参数与所述岩石地质信息之间的关系，得到分析结果；

依据所述分析结果，利用统计学方法分析岩石强度与随钻参数之间的变化规律，确定同一位置随钻参数与围岩强度之间的关系。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述掌子面图像进行图像处理的步骤中，还包含以下步骤：

利用Canny算子对所述掌子面图像进行边缘检测，确定所述掌子面图像中的边界；

针对所述掌子面中的边界，采用数学形态学细化算法进行细化处理，得到单像素宽边界；

依据得到的所述单像素宽边界，提取掌子面岩石质量指标、单位面积裂隙长度以及平均裂隙间距。

7.如权利要求1-6中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包含：

当确定的所述隧道围岩等级存在偏差，对同一位置随钻参数与围岩强度之间的关系以及同一位置掌子面图像与岩石完整程度的判别关系进行修正。

8.一种用于隧道围岩分级的辨识装置，其特征在于，所述装置包含：

采集及标准化模块，其用于采集凿岩机在隧道掌子面钻进时的随钻参数数据以及所述随钻参数数据对应位置的岩石地质信息，并对所述随钻参数数据进行标准化处理；

围岩强度模块，其用于对经过标准化处理后的随钻参数数据进行数据分析，结合所述岩石地质信息，确定同一位置随钻参数与围岩强度之间的关系；

岩石完整度模块，其用于采集隧道掌子面的掌子面图像，对所述掌子面图像进行图像处理，确定同一位置掌子面图像与岩石完整程度的判别关系；

围岩等级模块，其用于综合同一位置随钻参数与围岩强度之间的关系以及同一位置掌子面图像与岩石完整程度的判别关系，对隧道围岩进行分级判断，确定隧道围岩的等级。

9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述采集及标准化模块包含：

线性变换单元，其用于通过Min-Max标准化处理方法对所述随钻参数进行线性变换，将所述随钻参数数据转化为无量纲数据。

10.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述围岩强度模块包含：

降维单元，其用于对经过标准化处理后随钻参数数据，运用主成分分析方法进行降维处理，得到降维随钻参数数据；

分析单元，其用于针对所述降维随钻参数数据，采用主元分析方法确定随钻参数中的独立自由变量，根据所述独立自由变量分析随钻参数与所述岩石地质信息之间的关系，得到分析结果；

确定单元，其用于依据所述分析结果，利用统计学方法分析岩石强度与随钻参数之间的变化规律，确定同一位置随钻参数与围岩强度之间的关系。