CN114778948A - 动水隧道岩体电阻率监测方法及相关设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及的是动水隧道岩体电阻率监测的技术领域，具体是一种动水隧道岩体电阻率监测方法及相关设备。其中，动水隧道岩体电阻率监测方法包括：在隧道施工过程中，在所述隧道围岩巷道的断面处设置多个电极，将多个所述电极作为电阻率勘探阵列；调整所述电阻率勘探阵列的电极距和电极的排列方式采集上述隧道的电阻率数据；基于上述电阻率数据，建立上述隧道的电阻率断面模型；基于上述电阻率断面模型，确定上述隧道动水位置信息。通过电阻率勘探阵列提高了采集电阻率数据的效率和准确率，减少了人为干预，并且对采集到的电阻率数据建立动水隧道模型，以直观准确的确定隧道动水位置信息。

Description

动水隧道岩体电阻率监测方法及相关设备

技术领域

本发明涉及的是动水隧道岩体电阻率监测的技术领域，具体是一种动水隧道岩体电阻率监测方法及相关设备。

背景技术

由于隧道的地质背景复杂性以及动水压力和位置的多变性，现有的人工监测方法无法准确地确定隧道动水位置信息。导致对动水监测出现偏差，影响后续对动水隧道的研究作业，且人工监测的方法容易出现危险，效率较低。

因此发明一种动水隧道岩体电阻率监测方法及相关设备很有必要。

发明内容

本发明实施例旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。

为此，本发明实施例的第一个目的在于提供一种动水隧道岩体电阻率监测方法。

本发明实施例的第二个目的在于提供一种动水隧道岩体电阻率监测系统。

本发明实施例的第三个目的在于提供一种计算机可读存储介质。

本发明实施例的第四个目的在于提供一种动水隧道岩体电阻率监测装置。

为了实现上述目的，本发明第一方面的技术方案提供了一种动水隧道岩体电阻率监测方法，其特征在于，包括：

在隧道施工过程中，在所述隧道围岩巷道的断面处设置多个电极，将多个所述电极作为电阻率勘探阵列；

调整所述电阻率勘探阵列的电极距和电极的排列方式采集所述隧道的电阻率数据；

基于所述电阻率数据，建立所述隧道的电阻率断面模型；

基于所述电阻率断面模型，确定所述隧道动水位置信息。

另外，本发明实施例提供的上述技术方案中的动水隧道岩体电阻率监测方法还可以具有如下附加技术特征：

在本发明的一个技术方案中，所述在隧道施工过程中，在所述隧道围岩巷道的断面处设置多个电极，将多个所述电极作为电阻率勘探阵列的步骤包括：

在所述围岩巷道的每个断面的周向钻多个探测孔；

将多个所述电极按预设间隔固定于空心导管中，将线缆的一端连接于多个所述电极，将所述线缆的另一端连接于电阻率仪；

将安装有所述电极的所述空心导管放置于所述探测孔中并固定。

在本发明的一个技术方案中，所述预设间隔为0.2米至0.3米。

在本发明的一个技术方案中，每个所述探测孔和其所在的所述断面壁夹角为80°至90°。

在本发明的一个技术方案中，所述应变监测单元还包括：

控制器，所述控制器根据采集所述隧道松动圈应变数据的进程分别控制所述伸缩杆、所述转换头、所述钻头、所述喷水装置、所述超声波监测仪和所述多点位移计工作状态。

在本发明的一个技术方案中，所述基于所述电阻率数据，建立所述隧道的电阻率断面模型的步骤包括：

获取所述电阻率数据，对所述电阻率数据预处理，以形成初步模型；

基于有限单元法和有限差分法对所述初步模型处理，以形成所述隧道的电阻率断面模型。

在本发明的一个技术方案中，所述获取所述电阻率数据，对所述电阻率数据预处理，以形成初步模型的步骤包括：

获取所述电阻率数据，对相邻断面的所述电阻率数据拼接以获取拼接数据；

对所述拼接数据滤波处理，以形成所述初步模型。

在本发明的一个技术方案中，在所述拼接数据存在断面重叠部位的情况下，对所述重叠部位的数据取平均值处理；

在所述拼接数据存在断面空缺的情况下，对相邻所述断面的所述电阻率数据进行二维插值处理。

本发明第二方面的技术方案提供了一种动水隧道岩体电阻率监测系统，包括：

布置单元，用于在隧道施工过程中，在所述隧道围岩巷道的断面处设置多个电极，将多个所述电极作为电阻率勘探阵列；

采集单元，用于调整所述电阻率勘探阵列的电极距和电极的排列方式采集所述水隧道的电阻率数据；

第一确定单元，用于基于所述电阻率数据，建立所述隧道的电阻率断面模型；

第二确定单元，用于基于所述电阻率断面模型，确定所述隧道动水位置信息。

在本发明的一个技术方案中，所述预设值小于或等于0.75米。

本发明第三方面的技术方案提供了一种电子设备，包括：

存储器，存储有计算机程序；

处理器，执行所述计算机程序；

其中，所述处理器在执行所述计算机程序时，实现如上述技术方案中任一项所述的动水隧道岩体电阻率监测方法。

本发明第四方面的技术方案提供了一种计算机可读存储介质，包括：

所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，实现如上述技术方案中任一项所述的动水隧道岩体电阻率监测方法。

相比现有技术，本发明至少包括以下有益效果：

本方案通过在隧道施工过程中，在所述隧道围岩巷道的断面处设置多个电极，将多个所述电极作为电阻率勘探阵列；通过调整所述电阻率勘探阵列的电极距和电极的排列方式采集所述动水隧道的电阻率数据；通过基于所述电阻率数据，建立所述隧道的电阻率断面模型；通过基于所述电阻率断面模型，确定所述隧道动水位置信息。通过电阻率勘探阵列提高了采集电阻率数据的效率和准确率，减少了人为干预，并且对采集到的电阻率数据建立动水隧道模型，以直观准确的确定隧道动水位置信息。

本发明所述的动水隧道岩体电阻率监测方法及相关设备，本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从根据下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1示出了根据本申请实施例提供的一种动水隧道岩体电阻率监测方法的流程示意图；

图2示出了根据本申请实施例提供的一种电阻率勘探阵列的示意性结构图；

图3示出了根据本申请实施例提供的一种动水隧道岩体电阻率监测系统的结构框图；

图4示出了根据本申请实施例提供的一种电子设备的结构框图；

图5示出了根据本申请实施例提供的一种计算机可读存储介质的结构框图。

其中，图2中的附图标记与部件名称之间的对应关系为：

100 断面，200 探测孔，300 空心导管。

具体实施方式

为了更好的理解上述技术方案，下面通过附图以及具体实施例对本申请实施例的技术方案做详细的说明，应当理解本申请实施例以及实施例中的具体特征是对本申请实施例技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本申请实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。

如图1所示，根据本申请实施例的第一方面提出了一种动水隧道岩体电阻率监测方法，包括：

S101：在隧道施工过程中，在所述隧道围岩巷道的断面100处设置多个电极，将多个所述电极作为电阻率勘探阵列。可以理解的是，通过在隧道的围岩巷道的断面100处一次性设置大量的电极，减少了因电极设置引起的故障和干扰，形成高密度的电阻率勘探阵列，以对隧道进行覆盖式测量，以确定动水位置信息。

可以理解的是，考虑到隧道的场地范围和地形条件，电极排布选用三级装置，即采用AMN三级装置或MNB三级装置。

S102：调整所述电阻率勘探阵列的电极距和电极的排列方式采集上述隧道的电阻率数据。可以理解的是，将电极全部至于断面100中后，通过程控电极转换开关和微机工程电测仪可实现断面100中不同电极距和不同电极排列方式的数据自动收集，当使用AMN三级装置时，AM=MN为一个电极间距，A、M、N逐点同时向一个方向移动，得到第一条剖面线，接着AM、MN增大一个电极间距，A、M、N逐点再次移动，得到新的一条剖面线，以此不断扫描测量，以完成对该断面100的电阻率数据收集作业；当使用MNB三级装置时，MN=NB为一个电极间距，M、N、B逐点同时向一个方向移动，得到第一条剖面线，接着MN、NB增大一个电极间距，M、N、B逐点再次移动，得到新的一条剖面线，以此不断扫描测量，以完成对该断面100的电阻率数据收集作业。在完成所有断面100处的电阻率数据收集后，对所有断面100处的数据处理，以得到隧道的电阻率数据。

S103：基于上述电阻率数据，建立上述隧道的电阻率断面100模型。可以理解的是，在收集整个隧道的电阻率数据后，根据电阻率数据建立隧道的电阻率断面100模型，以直观准确地反映出隧道的整体状态以及各断面100处的电阻率状态。

S104：基于上述电阻率断面100模型，确定上述隧道动水位置信息。可以理解的是，隧道中由于动水的影响，使得隧道动水处的岩石电阻率降低，会与隧道中其他位置处的岩石电阻率出现明显的差异，根据电阻率断面100模型的显示的电阻率差异信息可直观的反应出隧道动水位置信息，减少了人为干预，提高了监测效率。

在一些示例中，上述在隧道施工过程中，在上述隧道围岩巷道的断面100处设置多个电极，将多个上述电极作为电阻率勘探阵列的步骤包括：在上述围岩巷道的每个断面100的周向钻多个探测孔200；将多个上述电极按预设间隔固定于空心导管300中，将线缆的一端连接于多个上述电极，将上述线缆的另一端连接于电阻率仪；将安装有上述电极的上述空心导管300放置于上述探测孔200中并固定。

可以理解的是，如图2所示，在隧道围岩巷道的断面100处设置多个电极的作业中，首先在每个断面100的周向上钻进多个探测孔200，并将多个电极按照预设间隔放入空心导管300中，并将线缆的一端连接于多个电极，另一端连接于电阻率仪，将安装好电极的空心导管300放入探测孔200中并使用耦合剂将电极、空心导管300和探测孔200壁耦合一体，如此设置，提高对电极的保护效果，无需经常更换电极。

示例性的，在每个断面100的周向上钻进9至12个探测孔200，探测孔200的孔深6米，孔径为50毫米。

在一些示例中，上述预设间隔为0.2米至0.3米。

可以理解的是，电极距过小，会导致电极长度和电极距的比值过大，无法形成点电源，造成系统误差，电极距过大则无法保证探测的精度。因此，将每个空心导管300内的相邻两个电极的间隔设置为0.2米至0.3米，将所有电极按此排布以形成高密度电阻率勘探阵列，并且保证了采集数据的精度。

在一些示例中，如图2所示，每个上述探测孔200和其所在的上述断面100壁夹角为80°至90°。

可以理解的是，在使用高密度电阻率法探测时，监测结果会受到地形的影响，凸面情况相比于平面，测得的电阻率值偏大，凹面情况相比于平面，测得的电阻率偏小，因此在钻探测孔200时，需要尽可能的保证探测孔200和其所在断面100壁垂直，以保证收集电阻率数据的准确性，在此，将每个探测孔200和其所在的断面100壁夹角设置为80°至90°。

在一些示例中，上述基于上述电阻率数据，建立上述隧道的电阻率断面100模型的步骤包括：获取上述电阻率数据，对上述电阻率数据预处理，以形成初步模型；基于有限单元法和有限差分法对上述初步模型处理，以形成上述隧道的电阻率断面100模型。

可以理解的是，由于隧道的岩体不均匀性以及布设电极的接地电阻大，地形起伏、地质噪声等因素的影响，都会对采集电阻率数据造成异常干扰，为了得到准确结果，需要对采集到的原始数据进行预处理，以剔除虚假点干扰，以便于为后续实质性处理做准备。

可以理解的是，由于隧道实际地形起伏影响，会使得视电阻率异常的形态与位置发送畸变和位移，甚至可能掩盖有用异常，因此需要将经过预处理后得到的初步模型进行地形校正，具体地，通过有限单元法和有限差分法来实现。

可以理解的是，有限单元法是以变分原理和剖分插值为基础的数值计算方法，首先利用变分原理将给定边值条件下求解电位U的微分方程问题，等价变为求解相应的变分方程，然后，离散化连续的求解区，即按一定规则将求解区域剖分为一些在节点处相互连接的网格单元，进而在各单元上近似地将变分方程离散化，导出以各节点电位值为变量的高阶线性方程组，最后解此方程组算出各节点的电位值，从而得到隧道的空间场分布情况，以表征稳定电流场的空间分布，通过稳定电流场的电阻率分布情况即可明显地确定隧道动水位置信息。

在一些示例中，上述获取上述电阻率数据，对上述电阻率数据预处理，以形成初步模型的步骤包括：获取上述电阻率数据，对相邻断面100的上述电阻率数据拼接以获取拼接数据；对上述拼接数据滤波处理，以形成上述初步模型。

可以理解的是，在实际工作中，会出现较长的断面100，需要将相邻数据断面100进行拼接以形成完整的断面100电阻率数据，由于收集数据过程中，由于电极接触不好或其他方面的干扰，常常使得数据断面100出现一些虚假点或突变点，进而造成电阻率拟断面100图的虚假异常，难以对其进行准确解释，因此通过滤波处理将虚假点和突变点剔除，保证收集数据的准确性。

可以理解的是，当虚假点或突变点过多，对数据造成较大的影响时，可对电极的接触情况进行检查，对接触不好的电极进行处理，改善电极接地条件。

在一些示例中，在上述拼接数据存在断面100重叠部位的情况下，对上述重叠部位的数据取平均值处理；在上述拼接数据存在断面100空缺的情况下，对相邻上述断面100的上述电阻率数据进行二维插值处理。

可以理解的是，在对相邻断面100的数据进行拼接时，经常会遇到拼接处有重叠部分，为了避免在重叠区域因处理不当压制异常成分或造成伪异常，需要对重叠数据进行再处理，通过对重叠数据取平均值，并沿剖面方向做平滑处理，使得相邻数据断面100在重叠区域能平滑过渡。可以理解的是，在数据拼接过程中，会出现相邻数据断面100不能完全衔接，形成数据空缺的情况，需要通过二位插值的方法，对数据空缺位置进行补充，使得相邻数据断面100在数据空缺区域能平滑过渡。

如图3所示，根据本申请实施例的第二方面提出了一种动水隧道岩体电阻率监测系统，包括：

布置单元21，用于在隧道施工过程中，在上述隧道围岩巷道的断面100处设置多个电极，将多个上述电极作为电阻率勘探阵列；

采集单元22，用于调整上述电阻率勘探阵列的电极距和电极的排列方式采集上述水隧道的电阻率数据；

第一确定单元23，用于基于上述电阻率数据，建立上述隧道的电阻率断面100模型；

第二确定单元24，用于基于上述电阻率断面100模型，确定上述隧道动水位置信息。

如图4所示，根据本申请实施例的第三方面提出了一种电子设备500，包括：存储器501，存储有计算机程序；处理器502，执行上述计算机程序；其中，上述处理器在执行上述计算机程序时，实现如上述技术方案中任一项所述的动水隧道岩体电阻率监测方法。

由于本实施例所介绍的电子设备500为实施本申请实施例中一种动水隧道岩体电阻率监测系统所采用的设备，故而基于本申请实施例中所介绍的方法，本领域所属技术人员能够了解本实施例的电子设备500的具体实施方式以及其各种变化形式，所以在此对于该电子设备如何实现本申请实施例中的方法不再详细介绍，只要本领域所属技术人员实施本申请实施例中的方法所采用的设备，都属于本申请所欲保护的范围。

在具体实施过程中，该计算机程序被处理器执行时可以实现图1对应的实施例中任一实施方式。

需要说明的是，在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式计算机或者其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

如图5所示，根据本申请实施例的第四方面提出了一种计算机可读存储介质401，上述计算机可读存储介质401存储有计算机程序402，实现如上述技术方案中任一项上述的动水隧道岩体电阻率监测方法。

计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本申请实施例的流程或功能。计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一计算机可读存储介质传输，例如，计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线（例如同轴电缆、光纤、数字用户线（digital subscriber line，DSL））或无线（例如红外、无线、微波等）方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。计算机可读存储介质可以是计算机能够存储的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。可用介质可以是磁性介质，（例如，软盘、硬盘、磁带）、光介质（例如，DVD）、或者半导体介质（例如固态硬盘（solid state disk，SSD））等。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本申请各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（Read-Only Memory，ROM）、随机存取存储器（Random Access Memory，RAM）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修该，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修该或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种动水隧道岩体电阻率监测方法，其特征在于，包括：

在隧道施工过程中，在所述隧道围岩巷道的断面处设置多个电极，将多个所述电极作为电阻率勘探阵列；

调整所述电阻率勘探阵列的电极距和电极的排列方式采集所述隧道的电阻率数据；

基于所述电阻率数据，建立所述隧道的电阻率断面模型；

基于所述电阻率断面模型，确定所述隧道动水位置信息。

2.根据权利要求1所述的动水隧道岩体电阻率监测方法，其特征在于，所述在隧道施工过程中，在所述隧道围岩巷道的断面处设置多个电极，将多个所述电极作为电阻率勘探阵列的步骤包括：

在所述围岩巷道的每个断面的周向钻多个探测孔；

将多个所述电极按预设间隔固定于空心导管中，将线缆的一端连接于多个所述电极，将所述线缆的另一端连接于电阻率仪；

将安装有所述电极的所述空心导管放置于所述探测孔中并固定。

3.根据权利要求2所述的动水隧道岩体电阻率监测方法，其特征在于，

所述预设间隔为0.2米至0.3米。

4.根据权利要求2所述的动水隧道岩体电阻率监测方法，其特征在于，

每个所述探测孔和其所在的所述断面壁夹角为80°至90°。

5.根据权利要求1所述的动水隧道岩体电阻率监测方法，其特征在于，所述基于所述电阻率数据，建立所述隧道的电阻率断面模型的步骤包括：

获取所述电阻率数据，对所述电阻率数据预处理，以形成初步模型；

基于有限单元法和有限差分法对所述初步模型处理，以形成所述隧道的电阻率断面模型。

6.根据权利要求5所述的动水隧道岩体电阻率监测方法，其特征在于，所述获取所述电阻率数据，对所述电阻率数据预处理，以形成初步模型的步骤包括：

获取所述电阻率数据，对相邻断面的所述电阻率数据拼接以获取拼接数据；

对所述拼接数据滤波处理，以形成所述初步模型。

7.根据权利要求6所述的动水隧道岩体电阻率监测方法，其特征在于，

在所述拼接数据存在断面重叠部位的情况下，对所述重叠部位的数据取平均值处理；

在所述拼接数据存在断面空缺的情况下，对相邻所述断面的所述电阻率数据进行二维插值处理。

8.一种动水隧道岩体电阻率监测系统，其特征在于，包括：

布置单元，用于在隧道施工过程中，在所述隧道围岩巷道的断面处设置多个电极，将多个所述电极作为电阻率勘探阵列；

采集单元，用于调整所述电阻率勘探阵列的电极距和电极的排列方式采集所述水隧道的电阻率数据；

第一确定单元，用于基于所述电阻率数据，建立所述隧道的电阻率断面模型；

第二确定单元，用于基于所述电阻率断面模型，确定所述隧道动水位置信息。

9.一种电子设备，其特征在于，包括：

存储器，存储有计算机程序；

处理器，执行所述计算机程序；

其中，所述处理器在执行所述计算机程序时，实现如权利要求1至7中任一项所述的动水隧道岩体电阻率监测方法。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，

所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，实现如权利要求1至7中任一项所述的动水隧道岩体电阻率监测方法。

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