CN110889532A - 一种隧道开挖及支护参数的智能选择及优化方法、系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种隧道开挖及支护参数的智能选择及优化方法、系统。该方法包括：施工前根据地质数据进行施工前围岩判识，基于围岩判识结果确定初次开挖及支护参数；然后基于初次开挖及支护参数施工，结合施工过程中采集的地质数据进行实时围岩判识；将当前围岩判识结果与前一次围岩判识结果进行比较，根据比较结果对开挖及支护参数进行优化。根据本发明的方法及系统，可以对隧道施工的开挖及支护参数进行优化，从而避免隧道施工过程中不必要的人力物力消耗，保证隧道施工结果更精确地满足设计标准，避免隧道建成后出现变形失稳的情况。

Description

一种隧道开挖及支护参数的智能选择及优化方法、系统
技术领域
本发明涉及隧道设计工程领域，具体涉及一种隧道开挖及支护参数的智能选择及优化方法、系统。
背景技术
在隧道工程领域，每条隧道都有其对应的设计标准，例如隧道边界、隧道稳固程度等。隧道施工的最终目标就是构造能够达到设计标准的隧道。
在现有技术环境下，进行隧道工程，通常是在施工前根据对施工环境的勘探结果以及隧道的设计标准设计制定的开挖及支护参数，在施工时根据制定好的开挖及支护参数进行施工。但是，由于地质环境的复杂性，施工前期的勘探结果可能存在很多的错漏，在参数设计时所依照的地质勘探参数不足，地质勘探分析结果并不准确，施工过程中始终依照最初制定的开挖及支护参数并不能完全符合设计标准。
由于隧道施工工程量大，施工时间长，其所需投入的人力物力十分巨大。对于超出设计标准的隧道，其施工过程必然产生了大量的不必要的人力物力消耗。而对于未达到设计标准的隧道，在施工的末尾必然需要对其进行整修，考虑到隧道施工的特殊性，对已完工的隧道进行整修操作不但会消耗大量的人力物力，还可能为隧道安全稳定性留下隐患。
发明内容
为了尽可能的避免隧道施工过程中不必要的人力物力消耗，保证隧道施工结果满足设计标准，避免隧道建成后出现变形失稳的情况，本发明提供了一种开挖及支护参数优化方法。
本发明在施工前进行围岩判识，根据围岩判识结果智能选择用于施工的初次开挖及支护参数；在施工过程中，累积采集现场的地质数据并结合采集的地质数据进行实时围岩判识，进而对隧道施工的开挖及支护参数进行优化。接下来对具体的技术方案进行说明。
本发明提供的隧道开挖及支护参数智能选择及优化方法包括：
步骤S1、在施工前根据地质数据进行施工前围岩判识，基于围岩判识结果选择初次开挖及支护参数；
步骤S2、基于所述初次开挖及支护参数施工，在施工过程中采集现场的地质数据，并结合采集的地质数据进行实时围岩判识；
步骤S3、将最新的围岩判识结果与前一次围岩判识结果进行比较，根据比较结果对开挖及支护参数进行优化。
优选地，在一实施例中，施工前进行围岩判识或施工中进行实时围岩判识的过程，包括：
利用随钻测量技术对即将开挖的围岩进行超前地质预报，获取所述围岩的钻进记录数据；
对获取的所述钻进记录数据进行分析，确定围岩判识结果。
进一步地，对获取的所述钻进记录数据进行分析，确定围岩判识结果的过程，包括：
根据获取的随钻推进速度、随钻冲击压力、随钻冲击压力、随钻回转压力、随钻水压力、随钻水流量及分别设定的至少两个阈值确定围岩的地质参数等级；
对围岩的所述地质参数等级进行归一化处理确定围岩判识结果。
优选地，在一实施例中，所述步骤S1中的基于围岩判识结果选择初次开挖及支护参数的过程，包括：
将获取的围岩判识结果输入预设的初始参数设计库中，自主选择与所述围岩判识结果匹配的初次开挖及支护参数；
其中，所述初始设计库是依照工程设计方案的铁路隧道设计标准图结合历史施工数据的围岩数据和开挖及支护参数构建的。
在一实施例中，在所述步骤S3中，根据比较结果对开挖及支护参数进行优化的过程，包括：
若最新的围岩判识结果与前一次围岩判识结果不一致，则结合当前围岩判识结果和现场地质数据对前一次确定的开挖及支护参数进行调整，确定优化开挖及支护参数并作为后续的施工参数。
进一步地，按照以下规则对前一次确定的开挖及支护参数进行调整：
根据围岩等级、临空面数目、开挖断面面积、炸药类型调整开挖及支护参数的炮眼数量；
根据围岩等级和炮眼大小调整炮眼间距；
根据围岩等级和开挖断面面积调整炮眼深度；
根据单位耗药量、开挖断面面积和炮孔深度调整装药量；
根据围岩等级和混凝土抗拉强度调整混凝土喷射厚度；
根据围岩等级和开挖断面尺寸调整锚杆长度；
根据围岩等级和钢架类型调整钢架间距。
优选地，在一实施例中，所述方法还包括：
施工完成后，根据施工效果对施工过程中的所有施工数据进行测评，并将施工数据和测评结果进行关联保存；
其中，施工数据包括所有围岩判识结果、地质数据和开挖及支护参数。
进一步地，所述方法还包括，还包括：从保存的所述施工数据和测评结果中查找适用的施工数据对施工过程中的开挖及支护参数进行调整。
进一步地，在一实施例中，所述方法还包括：根据保存的施工数据和测评数据对预设的初始参数设计库中的数据进行调整。
另外，根据本发明其他方面，还提供了一种隧道开挖及支护参数的智能选择及优化系统，所述系统执行上述的一个或多个实施例中所述的方法。
与最接近的现有技术相比，本发明的技术方案具有如下有益效果：
采用本发明的技术方案，能够根据施工前获取的围岩判识结果智能选择与之匹配的开挖及支护参数，同时可以基于施工过程中的现场地质数据和实时围岩判识结果对隧道施工的开挖及支护参数进行实时优化，从而避免隧道施工过程中不必要的人力物力消耗，保证隧道施工结果满足设计标准，避免隧道建成后出现变形失稳的情况。
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以及图2是本发明实施例提供的隧道开挖及支护参数的智能选择及优化方法的流程示意图；
图3以及图4是本发明实施例提供的隧道开挖及支护参数的智能选择及优化系统的结构示意图。
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。
在本发明的方法中，在开始施工后，根据施工过程所采集的积累地质数据进行围岩等级判识，并将判识结果与施工前的分析结果作对比，如果一致，则说明最初制定的开挖及支护参数是有效的，如果不一致，则需要根据最新的围岩判识结果和地质勘探数据对当前的开挖及支护参数进行优化。
进一步的，为了便于对比围岩判识结果并对开挖及支护参数进行优化，在本发明的方法中，将制定最初的开挖及支护参数以及之后的优化开挖及支护参数与同一地质参数分析体系相关联。具体的，在本发明的方法中，施工前，进行超前地质预报，利用随钻测量技术获取钻进记录数据，并进行围岩判识，基于围岩判识结果选择确定匹配的初次开挖及支护参数，并开始施工，在施工过程中，根据设定时间间隔或施工需求采集现场的地质数据，并根据地质数据进行实时围岩判识，将当前围岩判识结果与前一次围岩判识结果进行对比，若两者不一致则根据采集的地质数据优化当前的开挖及支护参数，并继续施工。
接下来基于附图详细描述根据本发明实施例的方法的详细流程，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。
在一实施例中，如图1所示，本发明的隧道开挖及支护参数的智能选择及优化方法包括以下步骤：步骤S110、在施工前根据地质数据进行施工前围岩判识，基于围岩判识结果选择初次开挖及支护参数。
优选地，本发明基于超前地质预报进行围岩判识，采用随钻测量地质分析技术来实现围岩判识。在隧道开挖时，采用超前地质预报，对掌子面前方及其周边的围岩与地层情况做出超前预报。目前，国内超前地质预报多采用TSP(地震波法)或地质雷达进行，但由于TSP技术观测方式限制，其对岩体的定位精度和岩体类别划分方面还有待改进；而地质雷达虽然对富水带、破碎带具有较高的识别能力，但预报距离较短，且容易受洞内机器干扰。超前地质钻探是利用钻机在隧道开挖工作面进行钻探获取地质信息的一种超前地质预报方法。在国外，随钻测量(Measurement While Drilling，MWD)技术应用已较为普遍，其优点是钻孔方便，预报方式直接，且相比其他方式而言，精确度极高。MWD地质分析主要是在岩土工程勘察及矿山、隧道等工程钻进过程中，应用钻孔过程监测(Drilling ProcessMonitoring，DPM)技术，监测钻机的钻进记录数据，如推进速度、推进压力、冲击压力、回转压力、水压力、水流量等，根据获取的随钻数据变化特性来反应周边围岩的地质情况，本发明一实施例中采用该方法进行超前地质预报。
具体的，在实际应用场景中，在隧道施工过程中，地质数据是不断积累的，伴随着地质数据的积累，针对施工地质环境的地质勘探分析结果会越来越准确。在凿岩机钻进过程中，推进速度与冲击压力、推进压力、回转压力的关系十分紧密。具体的：a)在冲击功率一定的条件下，随着冲击压力的增大，凿岩机推进速度也不断上升，但上升幅度逐渐减小。b)通常根据岩层情况选择冲击压力，当岩层较软时，采用低的冲击压力，能够有效防止卡钻；岩石较硬时，采用高的冲击压力，能够提高凿岩效率，使每一次冲击所产生的能量被充分利用。另外，若凿岩过程中冲击压力突然变小，说明此处岩层有裂缝、空洞等不良地质条件。c)推进压力必须与冲击压力相匹配，高的冲击压力需要高的推进压力，低的冲击压力需要低的推进压力。在钻头类型和直径已定的情况下，现场应根据不同岩石性质设置合适的冲击压力，并调节推进压力以使其达到最优值。最优的推进压力使钻头与孔底始终保持良好接触，这样凿岩速度才会更快。d)回转压力也应与冲击压力、推进压力相匹配。凿岩过程中，推进压力过大会增加回转阻力，加剧钻头的径向磨损；回转压力与冲击压力不匹配时，甚至出现岩石孔底二次或多次重复破碎，造成能量损耗，凿岩速度必然下降。
综上所述，推进速度、冲击压力、推进压力及回转压力的大小，在一定程度上能够综合反映出围岩的软硬程度和岩层状况。简单地说，就是当推进压力反馈值在低于预设的推进压力阈值时，表明钻孔周围具有岩层裂缝、空洞等缺陷；当推进速度反馈值低于预设的推进速度阈值时，则表明钻孔周围岩层较硬，反之较软；当冲击压力反馈值高于预设的冲击压力阈值时，则表明钻孔周围岩层较硬，反之较软；当回转压力反馈值高于预设的旋转压力阈值时，则表明钻孔岩层周围碎石较多，反之碎石较少。因此，在围岩判识过程中将这些参数归一化成一个总的判定参数，去进行围岩判识。因此，本发明早所述步骤S110中，进行围岩判识的过程有如下操作：
利用随钻测量技术对即将开挖的围岩进行超前地质预报，获取所述围岩的地质数据；
对获取的所述地质数据进行分析，确定围岩判识结果。
上述步骤中，对获取的所述地质数据进行分析，确定围岩判识结果的过程，包括：
根据获取的随钻推进速度、随钻冲击压力、随钻冲击压力、随钻回转压力、随钻水压力、随钻水流量及分别设定的至少两个阈值确定围岩的地质参数等级；
对围岩的所述地质参数等级进行归一化处理确定围岩判识结果。
具体的，在一应用场景中，在进行围岩判识的过程中采用的MWD地质分析是根据凿岩台车钻进记录数据对周边地质情况进行分析。实际应用中，进行地质分析前，首先需要采集连续多次的随钻数据，为后续工作打下基础。凿岩台车钻孔作业时，每0.02m自动采集一次凿岩机传感器当前钻孔信息(包括推进速度、推进压力、冲击压力、回转压力、水压力、水流量等钻进参数)，然后结合所有钻孔信息生成当前工作循环的钻进记录数据。
进一步的，围岩判识是根据岩石坚韧性、岩体的完整性、结构面特征、地下水、地应力状态等因素综合确定的。凿岩台车施工产生的钻进记录数据，对其中数据进行提取、处理和分析后，正确判断和选择围岩的稳定性类别，确定合理的巷道支护形式、支护参数、施工工艺和施工方法。
具体的，在实际应用场景中，围岩判识是通过凿岩台车的随钻数据，对岩石特性、岩层状况和完整程度进行探析。在凿岩机钻进过程中，推进速度与冲击压力、推进压力、回转压力的关系十分紧密。基于随钻测量过程中获取的不同钻进数据分别设置至少两个阈值，根据各钻进数据的值与阈值的大小确定围岩地质或地层参数的等级，进而对围岩的各个参数进行归一化，获得一个总的判定参数，去进行围岩判识。在进行归一化的过程中可以根据现场施工环境和专业经验确定对应的权重数据进行计算。
需要说明的是，本发明对于围岩判识的方法并不限定于上述方法，实际施工过程中也可以采用其他适用的方法，例如，根据可作为块度或粒度的粗略量度对岩体结构的影响、节理壁或节理充填物的粗糙度和摩擦特性、水与应力存在时对岩体质量的影响计算岩质评定系数。
按下式计算所述岩质评定系数Q：
Figure BDA0002225452200000071
式中：RQD为岩体质量指标，Jn为岩体组数，Jr为节理粗糙度，Ja为节理风化度，Jw为岩体透水性，SRF为岩体应力。
其中，第一项比值(RQD/Jn)，代表岩体结构的影响，可作为块度或粒度的粗略量度。第二项比值(Jr/Ja)表示节理壁或节理充填物的粗糙度和摩擦特性。第三项比值(Jw/SRF)为水与应力存在时对岩体质量的影响。
进一步的，考虑到围岩判识结果通常是细致具体的描述，为了便于对比围岩判识结果，在一应用场景中，采用了围岩分级的概念。具体的，在一应用场景中，在围岩判识过程中，基于统一的等级划分指标确定目标围岩的围岩等级。具体的，按照以下标准根据获得的岩质评定系数确定对应的围岩等级结果：
岩质评定系数值0.001-0.1(包括0.001以及0.1)划分为VI级围岩；
岩质评定系数值0.1-1(包括1)划分为V级围岩；
岩质评定系数值1-4(包括4)划分为IV级围岩；
岩质评定系数值4-10(包括10)划分为III级围岩；
岩质评定系数值10-100(包括100)划分为II级围岩；
岩质评定系数值100-1000(包括1000)划分为I级围岩。
具体的，在一应用场景中，Q值0.001-0.1围岩质量极差，不稳定；Q值0.1-1围岩质量很差，不稳定；Q值1-4，围岩质量差，暂时稳定；Q值4-10，围岩质量一般，暂时稳定；Q值10-100，围岩质量好，基本稳定；Q值100-1000，围岩质量极好，长期稳定。
进一步地，在所述步骤S110中，基于围岩判识结果选择初次开挖及支护参数的过程，包括：
将获取的围岩判识结果输入预设的初始参数设计库中，自主选择与所述围岩判识结果匹配的初次开挖及支护参数；
其中，所述初始设计库是依照工程设计方案的铁路隧道设计标准图结合历史施工数据的围岩数据和开挖及支护参数构建的。
该步骤中，为了高效、准确地确定初次开挖及支护参数，在一应用场景中，可以根据实际施工环境利用智能设备智能选择与已知围岩判识结果匹配的开挖及支护参数。
在一应用场景中，将开挖及支护参数的具体值与围岩等级相关联。具体的，根据历史施工数据中的围岩等级数据和匹配的开挖及支护参数事先构建初始参数设计库，初始参数设计库中为不同的围岩等级设计对应的开挖及支护参数。在制定开挖及支护参数时，利用预先构建的初始参数设计库根据已确定的围岩等级调用对应的开挖及支护参数。具体的，在一应用场景中，在确定初次开挖及支护参数的过程中，具体施工方案结合了实际地层构造、应力分布特征、水地质条件等实际情况进行制定。例如，在实际应用中，质量好的围岩只需进行混凝土喷射来覆盖围岩，作为防止围岩风化的防护层；而对于质量差的围岩则需要喷射混凝土控制变形的结构层、设置锚杆形成围岩锚固层、配置钢架，形成刚性支护。
步骤S120、基于所述初次开挖及支护参数施工，在施工过程中采集现场的地质数据，并结合采集的所述地质数据进行实时围岩判识。在该步骤中，采集到地质数据后，根据地质数据对施工现场进行围岩判识的过程与步骤S110中进行围岩判识的方法类似，此处不再进行赘述，仅对存在区别的技术特征进行说明。
在施工过程中，根据预设时间间隔或施工需求不间断地采集施工环境的现场地质勘察数据，结合累积的地质数据确定实时的最新围岩等级判识结果。
步骤S130、将最新的围岩判识结果与前一次围岩判识结果进行比较，根据比较结果确定优化开挖及支护参数。
在一应用场景中，为了便于优化开挖及支护参数，在一应用场景中，将开挖及支护参数的具体优化方式与围岩等级相关联。具体的，事先为不同的围岩等级变化设计对应的开挖及支护参数优化方式。这样，在需要优化开挖及支护参数时，就可以根据围岩等级变化情况直接调用对应的优化方式。
进一步的，在一应用场景中，为了实现更好的参数优化效果，采用了实时循环优化的方式。具体的，在施工过程中，伴随着采集地质数据并进行围岩判识，将最新的围岩判识结果与之前的进行对比，如果发生变化，则说明需要优化参数。
具体的，在一应用场景中，根据比较结果优化开挖及支护参数的过程，包括：
若最新的围岩判识结果与前一次围岩判识结果不一致，则结合当前围岩判识结果和现场地质数据对前一次确定的开挖及支护参数进行调整，确定优化开挖及支护参数并继续施工；
若最新的围岩判识结果与前一次围岩判识结果完全一致，则基于前一次确定的开挖及支护参数继续施工。
进一步地，根据最新的围岩判识结果和现场地质数据按照下述规则对前一次开挖及支护参数进行调整：
根据围岩等级、临空面数目、开挖断面面积、炸药类型调整开挖及支护参数的炮眼数量；根据围岩等级和炮眼大小调整炮眼间距；根据围岩等级和开挖断面面积调整炮眼深度；根据单位耗药量、开挖断面面积和炮孔深度调整装药量；根据围岩等级和混凝土抗拉强度调整混凝土喷射厚度；根据围岩等级和开挖断面尺寸调整锚杆长度；根据围岩等级和钢架类型调整钢架间距。
具体的，在另一实施例中，本发明提供的开挖及支护参数优化方法还包括：
步骤S240，施工完成后，记录本次施工的施工数据，对施工过程中的所有施工数据进行测评，并将施工数据和测评结果进行关联保存。
其中，施工数据可以包括但不限于施工过程中所有的围岩判识结果、地质数据和开挖及支护参数。
进一步地，在对开挖及支护参数进行调整的过程中，还可以包括：结合保存的所述施工数据和测评结果对施工过程中的开挖及支护参数进行调整。确定当前的围岩判识结果与上一次围岩判识结果不一致时，优先根据保存的施工数据和测评数据查找是否存在适用的施工数据，值得注意的是，该处的适用指的是保存的施工数据对应的测评结果为合格，且其历史施工数据与当前施工过程中的施工数据完全一致的情况。
进一步地，基于上述操作，在另一实施例中，本发明的技术方案还可以包括：
根据保存的施工数据和测评数据对预设的初始参数设计库中的数据进行调整。利用测评结果较优的施工数据对初始参数设计库中的数据进行调整或完善，能够令初始化参数设计库的通用性和可靠性更高，有效避免根据围岩判识结果无法选择获取匹配的初始开挖及支护参数的情况。
进一步的，基于本发明的方法，本发明还提出了一种存储介质，该存储介质上存储有可实现如本发明上述方法的程序代码。
进一步的，基于本发明的方法，本发明还提出了一种隧道开挖及支护参数的智能选择及优化系统。所述系统中的各个模块执行如上述实施例中的所述的方法。如图3所示，在一实施例中，
本发明提供的隧道开挖及支护参数的智能选择及优化系统包括：围岩判识结果获取模块310、参数优化模块320和数据测评及存储模块330。
其中，围岩判识结果获取模块310配置为获取施工前的围岩判识结果以及获取施工过程中的围岩判识结果；参数优化模块320配置为对比施工前的围岩判识结果以及施工开始后的围岩判识结果，根据对比结果优化开挖及支护参数；数据测评及存储模块330配置为施工完成后对所有施工数据进行测评，并保存所有施工数据和测评结果。
具体的，在一实施例中，如图4所示，围岩判识结果获取模块包括钻进数据获取单元411以及围岩判识单元412，参数优化模块包括对比单元421以及优化单元422。钻进数据获取单元411配置为利用随钻测量技术对即将开挖的围岩进行超前地质预报，获取所述围岩的钻进记录数据；其中，钻进记录数据包括：随钻推进速度、随钻冲击压力、随钻冲击压力、随钻回转压力、随钻水压力和随钻水流量数据。围岩判识单元412配置为对获取的所述钻进记录数据进行分析，确定围岩判识结果。对比单元421配置为对比输入的围岩等级是否不同并输出详细的对比结果，优化单元422配置为当输入的围岩等级不同时根据对比结果优化当前的开挖及支护参数。数据测评及存储模块包括测评单元431和存储单元432，测评单元421配置为利用专业测评工具对完工的隧道进行测评，获取测评结果。存储单元432配置为获取所有施工数据，将施工数据与对应的测评结果进行关联保存。
接下来根据一具体实施案例详细说明本发明一实施例的方法以及系统的执行效果。
在一实施案例中，在施工前进行围岩判识，判识其围岩级别为V级围岩。因此按照V级围岩制定对应的开挖及支护参数。施工过程中，最新的围岩判识调整围岩等级为IV级，为保证隧道边界不改变，对隧道开挖支护参数的调整优化具体如下：
开挖方面：
为保证开挖隧道边界不变，周边眼外偏角减小有原来的20cm改为12cm,、掏槽眼、辅助眼外偏角也相应减小由原来的35改为30cm,、孔密度相应增大,由原来的50cm，改为40cm。
支护方面：
湿喷混凝土厚度由原来20mm改为15mm,预留变形由7mm改为4mm。超挖部分由C30S6防渗混凝土改为C25喷射混凝土。
锚杆长度由3.8m变为3.2m及间距也由1.4m改为1.2m。(由于预应力，为加强锚固，稳定松动圈)
取消原有设计中的栅格钢架，只采用原设计中的型钢。
二次衬砌的混凝土强度由C30改为C25及二衬厚度保持不变。
综上，根据本发明的方法及系统，可以对隧道施工的开挖及支护参数进行优化，从而避免隧道施工过程中不必要的人力物力消耗，保证隧道施工结果满足设计标准，避免隧道建成后出现变形失稳的情况。
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。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做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 (10)

1.一种隧道开挖及支护参数的智能选择及优化方法，其特征在于，所述方法包括：
步骤S1、在施工前根据地质数据进行施工前围岩判识，基于围岩判识结果选择初次开挖及支护参数；
步骤S2、基于所述初次开挖及支护参数施工，在施工过程中采集现场的地质数据，并结合采集的地质数据进行实时围岩判识；
步骤S3、将最新的围岩判识结果与前一次围岩判识结果进行比较，根据比较结果对开挖及支护参数进行优化。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，施工前进行围岩判识或施工中进行实时围岩判识的过程，包括：
利用随钻测量技术对即将开挖的围岩进行超前地质预报，获取所述围岩的钻进记录数据；
对获取的所述钻进记录数据进行分析，确定围岩判识结果。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，对获取的所述钻进记录数据进行分析，确定围岩判识结果的过程，包括：
根据获取的随钻推进速度、随钻冲击压力、随钻冲击压力、随钻回转压力、随钻水压力、随钻水流量及分别设定的至少两个阈值确定围岩的地质参数等级；
对围岩的所述地质参数等级进行归一化处理确定围岩判识结果。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤S1中，基于围岩判识结果选择初次开挖及支护参数的过程，包括：
将获取的围岩判识结果输入预设的初始参数设计库中，自主选择与所述围岩判识结果匹配的初次开挖及支护参数；
其中，所述初始设计库是依照工程设计方案的铁路隧道设计标准图结合历史施工数据的围岩数据和开挖及支护参数构建的。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤S3中，根据比较结果对开挖及支护参数进行优化的过程，包括：
若最新的围岩判识结果与前一次围岩判识结果不一致，则结合当前围岩判识结果和现场地质数据对前一次确定的开挖及支护参数进行调整，确定优化开挖及支护参数并作为后续的施工参数。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，按照以下规则对前一次确定的开挖及支护参数进行调整：
根据围岩等级、临空面数目、开挖断面面积、炸药类型调整开挖及支护参数的炮眼数量；
根据围岩等级和炮眼大小调整炮眼间距；
根据围岩等级和开挖断面面积调整炮眼深度；
根据单位耗药量、开挖断面面积和炮孔深度调整装药量；
根据围岩等级和混凝土抗拉强度调整混凝土喷射厚度；
根据围岩等级和开挖断面尺寸调整锚杆长度；
根据围岩等级和钢架类型调整钢架间距。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
施工完成后，根据施工效果对施工过程中的所有施工数据进行测评，并将施工数据和测评结果进行关联保存；
其中，施工数据包括所有围岩判识结果、地质数据和开挖及支护参数。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
从保存的所述施工数据和测评结果中查找适用的施工数据对施工过程中的开挖及支护参数进行调整。
9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
根据保存的施工数据和测评数据对预设的初始参数设计库中的数据进行调整。
10.一种隧道开挖及支护参数的智能选择及优化系统，其特征在于，所述系统执行如权利要求1～9中任意一项所述的方法。
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Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111485916A (zh) * 2020-04-21 2020-08-04 长安大学 一种单洞四车道公路隧道支护方法及支护参数的计算方法
CN111734490A (zh) * 2020-05-11 2020-10-02 中南大学 确定巷道支护区域和支护方式的方法及系统
CN112800075A (zh) * 2021-02-01 2021-05-14 上海海事大学 一种基于实船六自由度姿态数据的船舶操纵预报数据库更新方法
CN113236289A (zh) * 2021-06-17 2021-08-10 浙江华东工程咨询有限公司 一种浅埋偏压公路隧道洞口的支护方法
CN114278313A (zh) * 2021-12-31 2022-04-05 北京住总集团有限责任公司 一种基于区间不同开挖工法转换的支护体系及施工方法
CN114320320A (zh) * 2021-12-31 2022-04-12 北京住总集团有限责任公司 一种适用于暗挖区段局部扩挖的支护结构及扩挖方法
CN114320311A (zh) * 2021-12-31 2022-04-12 北京住总集团有限责任公司 一种基于围岩等级的区间暗挖方法及支护架构
CN116484716A (zh) * 2023-03-15 2023-07-25 西南交通大学 基于钻进参数的掌子面围岩初始地应力解析方法及系统
CN116719082A (zh) * 2023-04-25 2023-09-08 中国地质大学（北京） 深地不良地质多源信息融合与原位立体透视系统及方法
CN118378850A (zh) * 2024-06-21 2024-07-23 西南交通大学 一种基于深度强化学习和并行施工的隧道工作面划分方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015004194A (ja) * 2013-06-20 2015-01-08 株式会社マシノ 山岳トンネル切羽前方地山の地質探査方法
CN106570292A (zh) * 2016-11-14 2017-04-19 中建山东投资有限公司 一种基于超大断面隧道的围岩分级方法
CN107577862A (zh) * 2017-08-30 2018-01-12 中铁工程装备集团有限公司 一种tbm在掘岩体状态实时感知系统和方法
CN109165406A (zh) * 2018-07-20 2019-01-08 大连海事大学 一种隧道施工过程中围岩快速动态分级预测方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015004194A (ja) * 2013-06-20 2015-01-08 株式会社マシノ 山岳トンネル切羽前方地山の地質探査方法
CN106570292A (zh) * 2016-11-14 2017-04-19 中建山东投资有限公司 一种基于超大断面隧道的围岩分级方法
CN107577862A (zh) * 2017-08-30 2018-01-12 中铁工程装备集团有限公司 一种tbm在掘岩体状态实时感知系统和方法
CN109165406A (zh) * 2018-07-20 2019-01-08 大连海事大学 一种隧道施工过程中围岩快速动态分级预测方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
寇发斌: ""毕家里隧道超前地质预报技术应用及管理"", 《甘肃科技》 *
杨成兵: ""隧道坍塌冒顶处理流程探讨"", 《福建建材》 *
王志坚: ""郑万高铁隧道大断面机械化施工关键技术研究"", 《隧道建设（中英文）》 *

Cited By (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111485916A (zh) * 2020-04-21 2020-08-04 长安大学 一种单洞四车道公路隧道支护方法及支护参数的计算方法
CN111485916B (zh) * 2020-04-21 2022-04-05 长安大学 一种单洞四车道公路隧道支护参数的计算方法
CN111734490A (zh) * 2020-05-11 2020-10-02 中南大学 确定巷道支护区域和支护方式的方法及系统
CN111734490B (zh) * 2020-05-11 2022-03-29 中南大学 确定巷道支护区域和支护方式的方法及系统
CN112800075B (zh) * 2021-02-01 2023-09-29 上海海事大学 一种基于实船六自由度姿态数据的船舶操纵预报数据库更新方法
CN112800075A (zh) * 2021-02-01 2021-05-14 上海海事大学 一种基于实船六自由度姿态数据的船舶操纵预报数据库更新方法
CN113236289B (zh) * 2021-06-17 2023-11-28 浙江华东工程咨询有限公司 一种浅埋偏压公路隧道洞口的支护方法
CN113236289A (zh) * 2021-06-17 2021-08-10 浙江华东工程咨询有限公司 一种浅埋偏压公路隧道洞口的支护方法
CN114320320A (zh) * 2021-12-31 2022-04-12 北京住总集团有限责任公司 一种适用于暗挖区段局部扩挖的支护结构及扩挖方法
CN114320311A (zh) * 2021-12-31 2022-04-12 北京住总集团有限责任公司 一种基于围岩等级的区间暗挖方法及支护架构
CN114278313A (zh) * 2021-12-31 2022-04-05 北京住总集团有限责任公司 一种基于区间不同开挖工法转换的支护体系及施工方法
CN114320311B (zh) * 2021-12-31 2024-07-23 北京住总集团有限责任公司 一种基于围岩等级的区间暗挖方法及支护架构
CN114278313B (zh) * 2021-12-31 2024-07-30 北京住总集团有限责任公司 一种基于区间不同开挖工法转换的支护体系及施工方法
CN114320320B (zh) * 2021-12-31 2024-07-30 北京住总集团有限责任公司 一种适用于暗挖区段局部扩挖的支护结构及扩挖方法
CN116484716A (zh) * 2023-03-15 2023-07-25 西南交通大学 基于钻进参数的掌子面围岩初始地应力解析方法及系统
CN116484716B (zh) * 2023-03-15 2024-02-06 西南交通大学 基于钻进参数的掌子面围岩初始地应力解析方法及系统
CN116719082A (zh) * 2023-04-25 2023-09-08 中国地质大学（北京） 深地不良地质多源信息融合与原位立体透视系统及方法
CN118378850A (zh) * 2024-06-21 2024-07-23 西南交通大学 一种基于深度强化学习和并行施工的隧道工作面划分方法
CN118378850B (zh) * 2024-06-21 2024-08-16 西南交通大学 一种基于深度强化学习和并行施工的隧道工作面划分方法

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