CN115455522A - 隧道支护体系的优化方法及装置 - Google Patents

隧道支护体系的优化方法及装置 Download PDF

Info

Publication number
CN115455522A
CN115455522A CN202210869358.2A CN202210869358A CN115455522A CN 115455522 A CN115455522 A CN 115455522A CN 202210869358 A CN202210869358 A CN 202210869358A CN 115455522 A CN115455522 A CN 115455522A
Authority
CN
China
Prior art keywords
surrounding rock
support
deformation
tunnel
parameters
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202210869358.2A
Other languages
English (en)
Inventor
谭忠盛
李林峰
周振梁
李宗林
赵金鹏
崔莹
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing Jiaotong University
Original Assignee
Beijing Jiaotong University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing Jiaotong University filed Critical Beijing Jiaotong University
Priority to CN202210869358.2A priority Critical patent/CN115455522A/zh
Publication of CN115455522A publication Critical patent/CN115455522A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/10—Geometric CAD
    • G06F30/13—Architectural design, e.g. computer-aided architectural design [CAAD] related to design of buildings, bridges, landscapes, production plants or roads
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Architecture (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Computational Mathematics (AREA)
  • Mathematical Analysis (AREA)
  • Mathematical Optimization (AREA)
  • Pure & Applied Mathematics (AREA)
  • Lining And Supports For Tunnels (AREA)

Abstract

本申请公开了一种隧道支护体系的优化方法及装置，本申请方法包括根据模型参数建立隧道的三维计算模型；根据三维计算模型、地质参数、断层破碎带产状和范围、施工步序计算隧道已经开挖段的第一围岩变形量；根据隧道已经开挖段的实际监测的围岩变形量和第一围岩变形量验证三维计算模型的可靠性；若三维计算模型可靠，则基于三维计算模型计算不同级别的围岩下不同的支护参数对应的围岩变形量；基于灰色敏感度理论对不同级别的围岩下不同的支护参数的值及其对应的围岩变形量进行分析，确定每种支护参数对围岩变形的敏感度；基于每种支护参数对围岩变形的敏感度以及施工情况对原设计的支护参数进行优化。本申请解决如何得到更合理的隧道支护参数。

Description

隧道支护体系的优化方法及装置
技术领域
本申请涉及土木工程技术领域，具体而言，涉及一种隧道支护体系的优化方法及装置。
背景技术
随着我国经济的快速发展，基础建设规模不断提高，隧道硬岩掘进机(TunnelBoring Machine，TBM)具有的施工快速高效、隧道成型好、安全环保等优势，使之应用日益广泛，但随着而来的是对支护结构的要求逐步提高，支护方面存在的支护参数不合理导致围岩变形较大、喷混不及时、锚杆不垂直岩面等问题日益突出，而合理的支护参数是TBM隧道安全建设的关键，目前对支护参数的优化基本都是单一性和不相关性，没有一种系统的TBM隧道合理支护参数优化方法。
发明内容
本申请的主要目的在于提供一种隧道支护体系的优化方法及装置，解决如何得到更合理的隧道支护参数。
为了实现上述目的，根据本申请的第一方面，提供了一种隧道支护体系的优化方法。
根据本申请的隧道支护体系的优化方法包括：根据模型参数建立隧道的三维计算模型，所述模型参数包括原设计的支护参数、隧道结构尺寸和隧道地层关系；根据所述三维计算模型、地质参数、断层破碎带产状和范围、施工步序计算所述隧道已经开挖段的第一围岩变形量；根据所述隧道已经开挖段的第二围岩变形量和所述第一围岩变形量验证所述三维计算模型的可靠性，所述第二围岩变形量为实际监测的围岩变形量；若所述三维计算模型可靠，则基于所述三维计算模型计算不同级别的围岩下不同的支护参数对应的围岩变形量；基于灰色敏感度理论对不同级别的围岩下不同的支护参数的值及其对应的围岩变形量进行分析，确定每种支护参数对围岩变形的敏感度；基于每种支护参数对围岩变形的敏感度以及施工情况对所述原设计的支护参数进行优化。
可选的，所述根据所述隧道已经开挖段的第二围岩变形量和所述第一围岩变形量验证所述三维计算模型的可靠性包括：从所述隧道已经开挖段选取实际的紧邻的预设数量的断面；在所述三维计算模型的轴向范围内的选取与所述预设数量的断面相对应的预设数量的截面；监测所述预设数量的断面对应的第二围岩变形量以及对应的支护结构的第一受力信息；基于所述三维计算模型计算所述预设数量的截面对应的第一围岩变形量以及对应的支护结构的第二受力信息；对比所述第一围岩变形量和所述第二围岩变形量的相对误差以及变形规律，并，对比所述第一受力信息和所述第二受力信息的相对误差以及受力规律；基于对比的结果验证所述三维计算模型是否可靠。
可选的，所述基于所述三维计算模型计算不同级别的围岩下不同的支护参数对应的围岩变形量包括：分别选取不同级别的围岩的断面；为不同级别的围岩的断面设置支护参数对比组；基于所述支护参数对比组计算围岩变形量。
可选的，对不同级别的围岩下不同的支护参数的值及其对应的围岩变形量进行分析，确定每种支护参数对围岩变形的敏感度包括：对不同级别的围岩下不同的支护参数的值及其对应的围岩变形量进行归一化处理；对归一化处理后的数据进行灰色关联度分析，计算每种支护参数对应的灰色关联系数；根据所述每种支护参数对应的灰色关联系数计算每种支护参数与围岩变形的关联度，将所述关联度作为敏感度。
可选的，所述基于每种支护参数对围岩变形的敏感度以及施工情况对所述第一支护参数进行优化包括：按照敏感度的高低顺序、每种支护参数对围岩变形的影响规律以及实际施工情况，选取预设数量种类的支护参数确定为需要优化的支护参数；基于施工情况对所述原设计的支护参数中对应的需要优化的支护参数进行优化。
可选的，所述基于施工情况对所述原设计的支护参数中对应的需要优化的支护参数进行优化包括：基于实际施工情况为需要优化的支护参数设置优化参数对比组；基于所述三维计算模型、以及优化参数对比组对需要优化的支护参数进行优化。
可选的，所述方法还包括：若所述三维计算模型不可靠，则根据实际施工现场的监测数据进行参数反演重新确定模型参数后再验证模型的可靠性。
可选的，所述根据模型参数建立隧道的三维计算模型包括：根据仿真计算软件FLAC 3D、模型参数建立隧道的三维计算模型。
为了实现上述目的，根据本申请的第二方面，提供了一种隧道支护体系的优化装置。
根据本申请的隧道支护体系的优化装置包括：建立单元，用于根据模型参数建立隧道的三维计算模型，所述模型参数包括原设计的支护参数、隧道结构尺寸和隧道地层关系；第一计算单元，用于根据所述三维计算模型、地质参数、断层破碎带产状和范围、施工步序计算所述隧道已经开挖段的第一围岩变形量；验证单元，用于根据所述隧道已经开挖段的第二围岩变形量和所述第一围岩变形量验证所述三维计算模型的可靠性，所述第二围岩变形量为实际监测的围岩变形量；第二计算单元，用于若所述三维计算模型可靠，则基于所述三维计算模型计算不同级别的围岩下不同的支护参数对应的围岩变形量；分析单元，用于基于灰色敏感度理论对不同级别的围岩下不同的支护参数的值及其对应的围岩变形量进行分析，确定每种支护参数对围岩变形的敏感度；优化单元，用于基于每种支护参数对围岩变形的敏感度以及施工情况对所述原设计的支护参数进行优化。
可选的，所述验证单元，包括：第一选取模块，用于从所述隧道已经开挖段选取实际的紧邻的预设数量的断面；第二选取模块，用于在所述三维计算模型的轴向范围内的选取与所述预设数量的断面相对应的预设数量的截面；监测模块，用于监测所述预设数量的断面对应的第二围岩变形量以及对应的支护结构的第一受力信息；第一计算模块，用于基于所述三维计算模型计算所述预设数量的截面对应的第一围岩变形量以及对应的支护结构的第二受力信息；对比模块，用于对比所述第一围岩变形量和所述第二围岩变形量的相对误差以及变形规律，并，对比所述第一受力信息和所述第二受力信息的相对误差以及受力规律；验证模块，用于基于对比的结果验证所述三维计算模型是否可靠。
可选的，所述第二计算单元包括：第三选取模块，用于分别选取不同级别的围岩的断面；设置模块，用于为不同级别的围岩的断面设置支护参数对比组；第二计算模块，用于基于所述支护参数对比组计算围岩变形量。
可选的，分析单元包括：归一化模块，用于对不同级别的围岩下不同的支护参数的值及其对应的围岩变形量进行归一化处理；分析模块，用于对归一化处理后的数据进行灰色关联度分析，计算每种支护参数对应的灰色关联系数；第三计算模块，用于根据所述每种支护参数对应的灰色关联系数计算每种支护参数与围岩变形的关联度，将所述关联度作为敏感度。
可选的，所述优化单元包括：第四选取模块，用于按照敏感度的高低顺序、每种支护参数对围岩变形的影响规律以及实际施工情况，选取预设数量种类的支护参数确定为需要优化的支护参数；优化模块，用于基于施工情况对所述原设计的支护参数中对应的需要优化的支护参数进行优化。
可选的，所述优化模块还用于：基于实际施工情况为需要优化的支护参数设置优化参数对比组；基于所述三维计算模型、以及优化参数对比组对需要优化的支护参数进行优化。
可选的，所述装置还包括：反演单元，用于若所述三维计算模型不可靠，则根据实际施工现场的监测数据进行参数反演重新确定模型参数后再验证模型的可靠性。
可选的，所述建立单元还用于：根据仿真计算软件FLAC 3D、模型参数建立隧道的三维计算模型。
为了实现上述目的，根据本申请的第三方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使所述计算机执行上述第一方面中任意一项所述的隧道支护体系的优化方法。
为了实现上述目的，根据本申请的第四方面，提供了一种电子设备，包括：至少一个处理器；以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的计算机程序，所述计算机程序被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器执行上述第一方面中任意一项所述的隧道支护体系的优化方法。
在本申请实施例的隧道支护体系的优化方法及装置中，根据模型参数建立隧道的三维计算模型，其中，模型参数包括原设计的支护参数、隧道结构尺寸和隧道地层关系；然后三维计算模型、地质参数、断层破碎带产状和范围、施工步序计算隧道已经开挖段的第一围岩变形量；根据隧道已经开挖段的第二围岩变形量和第一围岩变形量验证三维计算模型的可靠性，第二围岩变形量为实际监测的围岩变形量；若三维计算模型可靠，则基于三维计算模型计算不同级别的围岩下不同的支护参数对应的围岩变形量；基于灰色敏感度理论对不同级别的围岩下不同的支护参数的值及其对应的围岩变形量进行分析，确定每种支护参数对围岩变形的敏感度；基于每种支护参数对围岩变形的敏感度以及施工情况对原设计的支护参数进行优化。可以看出，本申请实施例的隧道支护体系的优化方式能够基于模型数值计算结合现场监测方法对隧道支护参数进行优化，提供了一种系统的、有效的隧道支护体系优化方法。该种方式可以达到围岩稳定和结构安全的要求，使得支护更加合理施工更加高效。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，使得本申请的其它特征、目的和优点变得更明显。本申请的示意性实施例附图及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1是根据本申请实施例提供的一种隧道支护体系的优化方法流程图；
图2是根据本申请实施例提供的一种地层模型的示意图；
图3是根据本申请实施例提供的一种锚杆模型示意图；
图4是根据本申请实施例提供的一种拱架模型示意图；
图5是根据本申请实施例提供的一种开挖模型的示意图；
图6是根据本申请实施例提供的一种选取的断面(截面)的示意图；
图7是根据本申请实施例提供的一种第一围岩变形量和第二围岩变形量的相对误差的曲线图；
图8是根据本申请实施例提供的一种每种支护参数对围岩变形的敏感度的示意图；
图9是根据本申请实施例提供的一种每种支护参数对围岩变形的影响权重的示意图；
图10是根据本申请实施例提供的一种不同锚杆长度对拱顶沉降变形影响的示意图；
图11是根据本申请实施例提供的一种不同喷混参数对拱顶沉降变形影响的示意图；
图12是根据本申请实施例提供的一种隧道支护体系的优化装置的组成框图；
图13是根据本申请实施例提供的另一种隧道支护体系的优化装置的组成框图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
根据本申请实施例，提供了一种隧道支护体系的优化方法，如图1所示，该方法包括如下的步骤S101-S106：S101.根据模型参数建立隧道的三维计算模型，其中，模型参数包括原设计的支护参数、隧道结构尺寸和隧道地层关系；S102.根据三维计算模型、地质参数、断层破碎带产状和范围、施工步序计算隧道已经开挖段的第一围岩变形量；S103.根据隧道已经开挖段的第二围岩变形量和第一围岩变形量验证三维计算模型的可靠性，第二围岩变形量为实际监测的围岩变形量；S104.若三维计算模型可靠，则基于三维计算模型计算不同级别的围岩下不同的支护参数对应的围岩变形量；S105.基于灰色敏感度理论对不同级别的围岩下不同的支护参数的值及其对应的围岩变形量进行分析，确定每种支护参数对围岩变形的敏感度；S106.基于每种支护参数对围岩变形的敏感度以及施工情况对原设计的支护参数进行优化。
步骤S101中，根据模型参数建立隧道的三维计算模型，具体是将原设计的支护参数(已经开挖的隧道部分使用的支护参数)、隧道结构尺寸和隧道地层关系等模型参数输入到三维仿真软件中得到与当前隧道对应的三维计算模型。优选的，本申请实施例采用的三维仿真软件为FLAC3D(Fast Lagrangian Analysis of Continua)。隧道的三维计算模型为包含断层破碎带和断层影响带的计算模型，三维计算模型是基于实际的隧道开挖情况建立的与实际的隧道相对应的模型，三维计算模型包括多种模型，具体包括地层模型、支护模型、开挖模型等，具体的本申请实施例提供了一种地层模型的示意图，如图2所示；对于支护模型本申请实施例提供了一种锚杆模型示意图和拱架模型示意图，如图3和图4所示；对于开挖模型，本申请实施例提供了一种开挖模型的示意图，如图5所示。在实际应用中，三维计算模型包含的模型的种类，根据实际的施工情况确定，比如还可能包括超前支护模型等。另外，还需要说明的是，在建立三维计算模型时，还需要对模型网格进行加密，对于非断层等特殊段还需要在网格加密后通过FLAC3D中ATTACH命令进行网格连接。
三维计算模型建立好后，基于三维计算模型按照实际开挖步序进行隧道模拟开挖，并根据三维计算模型、地质参数、断层破碎带产状和范围、施工步序计算隧道已经开挖段的第一围岩变形量。第一围岩变形量是三维计算模型对应的变形量，将其与实际施工中对应开挖段的围岩变形量进行对比，可以验证三维计算模型的可靠性。其中实际施工中对应开挖段的围岩变形量记作第二围岩变形量。
验证三维计算模型的可靠性具体包括：从隧道已经开挖段选取实际的紧邻的预设数量(优选的可以为10个，在实际应用中，可以根据实际的施工情况进行适应性的调整)的断面；在三维计算模型的轴向范围内的选取与预设数量的断面相对应的预设数量的截面；监测预设数量的断面对应的第二围岩变形量以及对应的支护结构的第一受力信息；基于三维计算模型计算预设数量的截面对应的第一围岩变形量以及对应的支护结构的第二受力信息；对比第一围岩变形量和第二围岩变形量的相对误差以及变形规律，并，对比第一受力信息和第二受力信息的相对误差以及受力规律；基于对比的结果验证三维计算模型是否可靠。具体的，如果第一围岩变形量和第二围岩变形量的相对误差、第一受力信息和第二受力信息的相对误差都在10％以内，则可以初步认为前述建立的三维计算模型是可靠的，然后进一步对比分析第一围岩变形量和第二围岩变形量、第一受力信息和第二受力信息的变化规律。具体的包括变形曲线、变形速率曲线及支护结构受力曲线的走势、峰值、突变点、特殊节点等信息的对比，对比以上信息的一致性，如果基本一致，则可以更进一步的验证三维计算模型的可靠性。另外，为了对上述验证进行直观的说明，本申请实施例给出了一种具体的示例进行说明，如图6所示，为选取的10个断面(截面)的示意图，经过计算和实际监测后，得到的第一围岩变形量和第二围岩变形量，并计算得到了第一围岩变形量和第二围岩变形量的相对误差，如图7所示，为图6对应的10个断面(截面)的第一围岩变形量和第二围岩变形量的相对误差的曲线图。假设，相对误差在10％内可以认定三维计算模型可靠，则从图7中可以看到，断面(截面)3对应的相对误差明显大于10％，表明上述三维计算模型在该部分不可靠。这样情况下，就需要对三维计算模型进行重新的调整。具体的调整方式为根据实际施工现场的监测数据进行参数反演重新确定模型参数，进一步更新三维计算模型，然后再根据上述的方式验证模型的可靠性。直到满足上述可靠性条件(相对误差在10％以内、变化规律基本一致)为止。
在验证前述建立的三维计算模型可靠后，基于三维计算模型计算不同级别的围岩下不同的支护参数对应的围岩变形量。具体是：分别选取不同级别的围岩的断面；通常可以选取地质条件较差类(级)别的围岩的断面，比如可以选择IIIB、IV、V类(级)围岩的断面。针对每种类(级)别的围岩，至少选择其一个断面。选取好断面后为不同级别的围岩的断面设置支护参数对比组；给出具体的示例对设置对比组的方式进行说明。假设支护参数包括锚杆数量、锚杆长度、锚杆纵向间距、拱架间距、喷射混凝土范围、喷射混凝土及时性，则对应的支护参数对比组的设置如表1、表2所示。
表1锚杆拱架参数设置表
Figure BDA0003759923100000091
表2喷混参数设置表
Figure BDA0003759923100000101
设置支护参数的对比组之后，基于支护参数对比组计算围岩变形量。即基于每一组支护参数(包括原设计的支护参数)计算对应的围岩变形量。具体的计算方式是将每一组支护参数代入到三维计算模型中，则可以得到对应的围岩变形量。需要说明的是，不同的类(级)别的围岩的断面都按照上述示例的方式进行对比组的设置。
在计算得到不同级别的围岩下不同的支护参数对应的围岩变形量之后，基于灰色敏感度理论对不同级别的围岩下不同的支护参数的值及其对应的围岩变形量进行分析，确定每种支护参数对围岩变形的敏感度。具体的确定方式包括：对不同级别的围岩下不同的支护参数的值及其对应的围岩变形量进行归一化处理；本申请实施例给出一种归一化处理的方式，该种归一化处理的方式是将支护参数的值及其对应的围岩变形量变形变为(0，1)之间的小数，假设支护参数包括锚杆环向间距、锚杆纵向间距、锚杆长度、拱架间距，则是将锚杆环向间距、锚杆纵向间距、锚杆长度、拱架间距以及围岩变形量变形变为(0，1)之间的小数，对应的公式如下：
Mi＝mi/(m1+m2+…+mn)×100％
式中，Mi为归一化后数据；mi为支护参数的值及其对应的围岩变形量。
归一化处理后，对归一化处理后的数据进行灰色关联度分析，计算每种支护参数对应的灰色关联系数；具体的其灰色关联系数，计算公式如下：
Figure BDA0003759923100000102
式中，ξi为xi对x0在k点的关联系数；x0为能为反映系统行为特征的数据序列，即母序列，本申请实施例中表示围岩变形量序列；xi为影响系统行为的因素组成的数据序列，即子序列，本申请实施例中表示各种支护参数的序列，可以为锚杆环向间距、锚杆纵向间距、锚杆长度、拱架间距等序列；本申请实施例中ξi表示第i种支护参数的灰色关联系数；k为数据组(对比组)的编号，即数据量；│x0(k)-xi(k)│为第k点x0与xi的绝对差；
Figure BDA0003759923100000111
为x0数列与xi数列在k点的二级最小差数绝对值；
Figure BDA0003759923100000112
为x0数列与xi数列的二级最大差数绝对值；ρ为灰色分辨系数，取值0～1，一般取0.5。
根据每种支护参数对应的灰色关联系数计算每种支护参数与围岩变形的关联度；具体公式如下：
Figure BDA0003759923100000113
式中，ri为xi与x0(k)的关联度,即每种支护参数与围岩变形的关联度，也即每种支护参数对围岩变形的敏感度；n为总的对比组的数量，1≤k≤n。
计算得到每种支护参数与围岩变形的关联度之后，还根据每种支护参数与围岩变形的关联度计算每种支护参数对围岩变形的影响权重。具体公式如下：
Figure BDA0003759923100000114
式中，Wi为每种支护参数的权重，m为支护参数的种类数。
另外，对于本申请实施例给出一种每种支护参数对围岩变形的敏感度以及每种支护参数对围岩变形的影响权重的示意图，如图8和图9所示，图8和图9中支护参数的种类包括锚杆长度、锚杆数量、锚杆纵向间距、拱架间距4种，从图8中可以看出锚杆长度对对围岩变形的敏感度最大，从图9中可以看到锚杆长度对围岩变形的影响权重最大。
确定每种支护参数对围岩变形的敏感度之后，基于每种支护参数对围岩变形的敏感度以及施工情况对原设计的支护参数进行优化。具体的优化方式包括按照敏感度的高低顺序、每种支护参数对围岩变形的影响规律以及实际施工情况，选取预设数量种类的支护参数确定为需要优化的支护参数；其中每种支护参数对围岩变形的影响规律是根据前述中计算的不同级别的围岩下不同的支护参数对应的围岩变形量进行分析确定的。示例性的，本申请实施例提供了几种支护参数对围岩变形的影响规律的示意图，如图10、图11所示。其中，图10是不同锚杆长度对拱顶沉降变形影响的示意图，图11是不同喷混参数对拱顶沉降变形影响的示意图。需要说明的是图10和图11中的拱顶的沉降就是围岩变形的实际体现。预设数量种类是根据实际情况可以适应性调整的一个数值。在选取出需要优化的支护参数之后，基于施工情况对原设计的支护参数中对应的需要优化的支护参数进行优化。假设，选取需要优化的支护参数为锚杆长度，则对原设计的支护参数中的锚杆长度进行调整。具体的调整方式可以为：基于实际施工情况为需要优化的支护参数设置优化参数对比组；具体的设置优化参数对比组的方式可以参考上述表1、表2中示例的方式；然后基于三维计算模型、以及优化参数对比组对需要优化的支护参数进行优化，具体可以为将每个对比组对应的所有支护参数代入到三维计算模型中，计算得到每个对比组对应的围岩变形量，根据围岩变形量，选出最合适的支护参数确定为优化后的支护参数。
最后还需要说明的是，不同的施工项目的实际情况都不相同，因此对于不同的施工项目都需要重新建立新的三维计算模型来与实际的施工项目进行匹配。另外，本申请实施例中隧道支护体系的优化方法应用的范围越来越大后，可以基于不同工程的支护参数的优化进行整合分析，为以后TBM支护结构选型提供积极指导。
从以上的描述中，可以看出，本申请实施例的隧道支护体系的优化方法中，根据模型参数建立隧道的三维计算模型，其中，模型参数包括原设计的支护参数、隧道结构尺寸和隧道地层关系；然后三维计算模型、地质参数、断层破碎带产状和范围、施工步序计算隧道已经开挖段的第一围岩变形量；根据隧道已经开挖段的第二围岩变形量和第一围岩变形量验证三维计算模型的可靠性，第二围岩变形量为实际监测的围岩变形量；若三维计算模型可靠，则基于三维计算模型计算不同级别的围岩下不同的支护参数对应的围岩变形量；基于灰色敏感度理论对不同级别的围岩下不同的支护参数的值及其对应的围岩变形量进行分析，确定每种支护参数对围岩变形的敏感度；基于每种支护参数对围岩变形的敏感度以及施工情况对原设计的支护参数进行优化。可以看出，本申请实施例的隧道支护体系的优化方式能够基于模型数值计算结合现场监测方法对隧道支护参数进行优化，提供了一种系统的、有效的隧道支护体系优化方法。该种方式可以达到围岩稳定和结构安全的要求，使得支护更加合理施工更加高效。
需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，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。
根据本申请实施例，还提供了一种用于实施上述图1-11方法的隧道支护体系的优化装置200，如图12所示，该装置包括：建立单元21，用于根据模型参数建立隧道的三维计算模型，所述模型参数包括原设计的支护参数、隧道结构尺寸和隧道地层关系；第一计算单元22，用于根据所述三维计算模型、地质参数、断层破碎带产状和范围、施工步序计算所述隧道已经开挖段的第一围岩变形量；验证单元23，用于根据所述隧道已经开挖段的第二围岩变形量和所述第一围岩变形量验证所述三维计算模型的可靠性，所述第二围岩变形量为实际监测的围岩变形量；第二计算单元24，用于若所述三维计算模型可靠，则基于所述三维计算模型计算不同级别的围岩下不同的支护参数对应的围岩变形量；分析单元25，用于基于灰色敏感度理论对不同级别的围岩下不同的支护参数的值及其对应的围岩变形量进行分析，确定每种支护参数对围岩变形的敏感度；优化单元26，用于基于每种支护参数对围岩变形的敏感度以及施工情况对所述原设计的支护参数进行优化。
具体的，本申请实施例的装置中各单元、模块实现其功能的具体过程可参见方法实施例中的相关描述，此处不再赘述。
从以上的描述中，可以看出，本申请实施例的隧道支护体系的优化装置中，根据模型参数建立隧道的三维计算模型，其中，模型参数包括原设计的支护参数、隧道结构尺寸和隧道地层关系；然后三维计算模型、地质参数、断层破碎带产状和范围、施工步序计算隧道已经开挖段的第一围岩变形量；根据隧道已经开挖段的第二围岩变形量和第一围岩变形量验证三维计算模型的可靠性，第二围岩变形量为实际监测的围岩变形量；若三维计算模型可靠，则基于三维计算模型计算不同级别的围岩下不同的支护参数对应的围岩变形量；基于灰色敏感度理论对不同级别的围岩下不同的支护参数的值及其对应的围岩变形量进行分析，确定每种支护参数对围岩变形的敏感度；基于每种支护参数对围岩变形的敏感度以及施工情况对原设计的支护参数进行优化。可以看出，本申请实施例的隧道支护体系的优化方式能够基于模型数值计算结合现场监测方法对隧道支护参数进行优化，提供了一种系统的、有效的隧道支护体系优化方法。该种方式可以达到围岩稳定和结构安全的要求，使得支护更加合理施工更加高效。
进一步的，如图13所示，所述验证单元23，包括：第一选取模块231，用于从所述隧道已经开挖段选取实际的紧邻的预设数量的断面；第二选取模块232，用于在所述三维计算模型的轴向范围内的选取与所述预设数量的断面相对应的预设数量的截面；监测模块233，用于监测所述预设数量的断面对应的第二围岩变形量以及对应的支护结构的第一受力信息；第一计算模块234，用于基于所述三维计算模型计算所述预设数量的截面对应的第一围岩变形量以及对应的支护结构的第二受力信息；对比模块235，用于对比所述第一围岩变形量和所述第二围岩变形量的相对误差以及变形规律，并，对比所述第一受力信息和所述第二受力信息的相对误差以及受力规律；验证模块236，用于基于对比的结果验证所述三维计算模型是否可靠。
进一步的，如图13所示，所述第二计算单元24包括：第三选取模块241，用于分别选取不同级别的围岩的断面；设置模块242，用于为不同级别的围岩的断面设置支护参数对比组；第二计算模块243，用于基于所述支护参数对比组计算围岩变形量。
进一步的，如图13所示，分析单元25包括：归一化模块251，用于对不同级别的围岩下不同的支护参数的值及其对应的围岩变形量进行归一化处理；分析模块252，用于对归一化处理后的数据进行灰色关联度分析，计算每种支护参数对应的灰色关联系数；第三计算模块253，用于根据所述每种支护参数对应的灰色关联系数计算每种支护参数与围岩变形的关联度，将所述关联度作为所述敏感度。
进一步的，如图13所示，所述优化单元26包括：第四选取模块261，用于按照敏感度的高低顺序、每种支护参数对围岩变形的影响规律以及实际施工情况，选取预设数量种类的支护参数确定为需要优化的支护参数；优化模块262，用于基于施工情况对所述原设计的支护参数中对应的需要优化的支护参数进行优化。
进一步的，如图13所示，所述优化模块262还用于：基于实际施工情况为需要优化的支护参数设置优化参数对比组；基于所述三维计算模型、以及优化参数对比组对需要优化的支护参数进行优化。
进一步的，如图13所示，所述装置还包括：反演单元27，用于若所述三维计算模型不可靠，则根据实际施工现场的监测数据进行参数反演重新确定模型参数后再验证模型的可靠性。
进一步的，所述建立单元21还用于：根据仿真计算软件FLAC 3D、模型参数建立隧道的三维计算模型。
具体的，本申请实施例的装置中各单元、模块实现其功能的具体过程可参见方法实施例中的相关描述，此处不再赘述。
根据本申请实施例，还提供了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指令，所述计算机指令用于使所述计算机执行上述方法实施例中的隧道支护体系的优化方法。
根据本申请实施例，还提供了一种电子设备，包括：至少一个处理器；以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的计算机程序，所述计算机程序被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器执行上述方法实施例中的隧道支护体系的优化方法。
显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本申请的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本申请不限制于任何特定的硬件和软件结合。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种隧道支护体系的优化方法，其特征在于，所述方法包括：
根据模型参数建立隧道的三维计算模型，所述模型参数包括原设计的支护参数、隧道结构尺寸和隧道地层关系；
根据所述三维计算模型、地质参数、断层破碎带产状和范围、施工步序计算所述隧道已经开挖段的第一围岩变形量；
根据所述隧道已经开挖段的第二围岩变形量和所述第一围岩变形量验证所述三维计算模型的可靠性，所述第二围岩变形量为实际监测的围岩变形量；
若所述三维计算模型可靠，则基于所述三维计算模型计算不同级别的围岩下不同的支护参数对应的围岩变形量；
基于灰色敏感度理论对不同级别的围岩下不同的支护参数的值及其对应的围岩变形量进行分析，确定每种支护参数对围岩变形的敏感度；
基于每种支护参数对围岩变形的敏感度以及施工情况对所述原设计的支护参数进行优化。
2.根据权利要求1所述的隧道支护体系的优化方法，其特征在于，所述根据所述隧道已经开挖段的第二围岩变形量和所述第一围岩变形量验证所述三维计算模型的可靠性包括：
从所述隧道已经开挖段选取实际的紧邻的预设数量的断面；
在所述三维计算模型的轴向范围内的选取与所述预设数量的断面相对应的预设数量的截面；
监测所述预设数量的断面对应的第二围岩变形量以及对应的支护结构的第一受力信息；
基于所述三维计算模型计算所述预设数量的截面对应的第一围岩变形量以及对应的支护结构的第二受力信息；
对比所述第一围岩变形量和所述第二围岩变形量的相对误差以及变形规律，并，对比所述第一受力信息和所述第二受力信息的相对误差以及受力规律；
基于对比的结果验证所述三维计算模型是否可靠。
3.根据权利要求1所述的隧道支护体系的优化方法，其特征在于，所述基于所述三维计算模型计算不同级别的围岩下不同的支护参数对应的围岩变形量包括：
分别选取不同级别的围岩的断面；
为不同级别的围岩的断面设置支护参数对比组；
基于所述支护参数对比组计算围岩变形量。
4.根据权利要求1所述的隧道支护体系的优化方法，其特征在于，对不同级别的围岩下不同的支护参数的值及其对应的围岩变形量进行分析，确定每种支护参数对围岩变形的敏感度包括：
对不同级别的围岩下不同的支护参数的值及其对应的围岩变形量进行归一化处理；
对归一化处理后的数据进行灰色关联度分析，计算每种支护参数对应的灰色关联系数；
根据所述每种支护参数对应的灰色关联系数计算每种支护参数与围岩变形的关联度，将所述关联度作为敏感度。
5.根据权利要求4所述的隧道支护体系的优化方法，其特征在于，所述基于每种支护参数对围岩变形的敏感度以及施工情况对所述第一支护参数进行优化包括：
按照敏感度的高低顺序、每种支护参数对围岩变形的影响规律以及实际施工情况，选取预设数量种类的支护参数确定为需要优化的支护参数；
基于施工情况对所述原设计的支护参数中对应的需要优化的支护参数进行优化。
6.根据权利要求5所述的隧道支护体系的优化方法，其特征在于，所述基于施工情况对所述原设计的支护参数中对应的需要优化的支护参数进行优化包括：
基于实际施工情况为需要优化的支护参数设置优化参数对比组；
基于所述三维计算模型、以及优化参数对比组对需要优化的支护参数进行优化。
7.根据权利要求1所述的隧道支护体系的优化方法，其特征在于，所述方法还包括：
若所述三维计算模型不可靠，则根据实际施工现场的监测数据进行参数反演重新确定模型参数后再验证模型的可靠性。
8.一种隧道支护体系的优化装置，其特征在于，所述装置包括：
建立单元，用于根据模型参数建立隧道的三维计算模型，所述模型参数包括原设计的支护参数、隧道结构尺寸和隧道地层关系；
第一计算单元，用于根据所述三维计算模型、地质参数、断层破碎带产状和范围、施工步序计算所述隧道已经开挖段的第一围岩变形量；
验证单元，用于根据所述隧道已经开挖段的第二围岩变形量和所述第一围岩变形量验证所述三维计算模型的可靠性，所述第二围岩变形量为实际监测的围岩变形量；
第二计算单元，用于若所述三维计算模型可靠，则基于所述三维计算模型计算不同级别的围岩下不同的支护参数对应的围岩变形量；
分析单元，用于基于灰色敏感度理论对不同级别的围岩下不同的支护参数的值及其对应的围岩变形量进行分析，确定每种支护参数对围岩变形的敏感度；
优化单元，用于基于每种支护参数对围岩变形的敏感度以及施工情况对所述原设计的支护参数进行优化。
9.一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指令，所述计算机指令用于使所述计算机执行权利要求1至7中任意一项所述的隧道支护体系的优化方法。
10.一种电子设备，其特征在于，包括：至少一个处理器；以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的计算机程序，所述计算机程序被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器执行权利要求1至7中任意一项所述的隧道支护体系的优化方法。
CN202210869358.2A 2022-07-22 2022-07-22 隧道支护体系的优化方法及装置 Pending CN115455522A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210869358.2A CN115455522A (zh) 2022-07-22 2022-07-22 隧道支护体系的优化方法及装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210869358.2A CN115455522A (zh) 2022-07-22 2022-07-22 隧道支护体系的优化方法及装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN115455522A true CN115455522A (zh) 2022-12-09

Family

ID=84295898

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210869358.2A Pending CN115455522A (zh) 2022-07-22 2022-07-22 隧道支护体系的优化方法及装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN115455522A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116070924A (zh) * 2023-03-07 2023-05-05 西南交通大学 基于高斯过程回归的隧道支护方案决策方法及系统

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116070924A (zh) * 2023-03-07 2023-05-05 西南交通大学 基于高斯过程回归的隧道支护方案决策方法及系统
CN116070924B (zh) * 2023-03-07 2023-06-02 西南交通大学 基于高斯过程回归的隧道支护方案决策方法及系统

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Haselton et al. Accounting for ground-motion spectral shape characteristics in structural collapse assessment through an adjustment for epsilon
Špačková et al. Dynamic Bayesian network for probabilistic modeling of tunnel excavation processes
Tauzowski et al. Topology optimization of elasto-plastic structures under reliability constraints: A first order approach
CN115167212B (zh) 基于监测平台的基坑动态施工控制系统及方法
Song et al. Bi‐objective mountain railway alignment optimization incorporating seismic risk assessment
Wang et al. Knowledge representation using non-parametric Bayesian networks for tunneling risk analysis
Guan et al. Python-based computational platform to automate seismic design, nonlinear structural model construction and analysis of steel moment resisting frames
Mignan et al. Considering large earthquake clustering in seismic risk analysis
Xu et al. Seismic design optimization of steel building frameworks
Pinto et al. Existing buildings: the new Italian provisions for probabilistic seismic assessment
CN115455522A (zh) 隧道支护体系的优化方法及装置
CN102682175B (zh) 基于屈曲模态组合的网格结构施工误差可靠性分析方法
CN115423167A (zh) 一种地铁深基坑施工安全预警及辅助决策方法及系统
Barpi et al. Influence of the tunnel shape on shotcrete lining stresses
Hu et al. Resilience-based seismic design optimization of highway RC bridges by response surface method and improved non-dominated sorting genetic algorithm
Danesh Evaluation of Seismic Performance of PBD Optimized Steel Moment Frames by Means of Neural Network.
Yang et al. Geotechnical reliability-based design using generalized subset simulation with a design response vector
WO2021240062A1 (en) Method, system, and computer program product for a real-time estimation of risk in an excavation
Rajabi et al. Studying the deformation and stability of rock mass surrounding the power station caverns using NA and GEP models
Mohsenian et al. Assessment of the effects of non-structural components on the seismic reliability of structures via a block diagram method
CN110555598A (zh) 岩溶地基稳定性模糊综合评判方法
CN115018110A (zh) 一种基于XGBoost的公路阻断损失预测方法及系统
Yan et al. Structural safety evaluation of tunnel based on the dynamic monitoring data during construction
Martins Earthquake damage and loss assessment of reinforced concrete buildings
Ji et al. Robust reliability‐based design approach by inverse FORM with adaptive conjugate search algorithm

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination