基于多元信息的隧道支護體系動態設計方法及裝置制造方法及圖紙

本申請公開了一種基于多元信息的隧道支護體系動態設計方法及裝置，涉及隧道支護設計領域。該方法包括：獲取待支護位置的當前圍巖信息及當前施工信息；根據當前圍巖信息、當前施工信息以及預先創建的動態設計模型確定隧道支護體系設計參數及適配施工管控對策；其中，動態設計模型是基于歷史圍巖信息、歷史施工信息、已施作支護體系的支護信息及其對應的支護變形信息訓練得到的。相比于使用通過理論計算或解析法預測得到的支護變形信息對支護體系進行評價的方案，本申請采用實際的圍巖信息、施工信息、已施作支護體系的支護信息以及實際的支護變形參數訓練動態設計模型，保證了動態樣本以及基于動態樣本訓練得到的動態設計模型的可靠性。計模型的可靠性。計模型的可靠性。

【技術實現步驟摘要】
基于多元信息的隧道支護體系動態設計方法及裝置


[0001]本申請涉及隧道支護設計
，具體涉及基于多元信息的隧道支護體系動態設計方法及裝置。

技術介紹

[0002]隧道支護體系主要由圍巖和支護兩部分構成，大量工程實踐經驗和理論表明，形成隧道支護體系的過程是通過一定的施工過程或者是通過一定的力學控制過程來實現的，因此，隧道支護設計本質是控制隧道力學狀態變化過程的設計，即利用施工開挖和支護手段，控制周邊圍巖力學動態，從而構筑長期穩定的隧道支護體系，這是隧道支護設計與其它土木工程設計截然不同的特點。
[0003]受限于隧道支護設計和圍巖信息獲取等技術水平因素影響，隧道支護設計長期以來難以達到理想的實施效果，具體表現在以下兩個方面：一是現階段普遍采用的隧道支護設計方法，如工程類比法、經驗設計法或標準設計法等，均以圍巖質量評價(圍巖分級)單一信息作為基礎，未能考慮施工信息對支護設計的影響，其本質上仍屬于靜態設計范疇，導致設計對施工的精細化及針對性有所不足，且經濟性有待提升；二是圍巖信息獲取手段自動化水平較低，信息獲取以人工為主，存在耗時長、代價高、反饋不及時等問題，難以滿足現場連續施工對支護的動態設計需求。
[0004]近些年，隨著隧道支護設計技術、智能裝備技術、信息化技術、人工智能技術的快速發展，圍巖信息的自動化獲取、基于大數據分析的人工智能學習方法等困擾支護動態設計與智能決策的核心技術問題已得到了較好的解決，為支護動態設計與智能決策實現提供了有力支撐；此外，隨著綠色工程新理念的提出，隧道支護設計的針對性、精準性、動態調整的及時性、經濟性等需求也不斷強化，故實現隧道支護動態設計與智能決策已成為當今隧道建設的重要發展趨勢和迫切需求。

技術實現思路

[0005]為了解決現有技術中存在的問題，本申請提供一種基于多元信息的隧道支護體系動態設計方法及裝置。根據本申請實施例的第一方面，本申請提供一種基于多元信息的隧道支護體系動態設計方法，包括：
[0006]獲取待支護位置的當前圍巖信息及當前施工信息；
[0007]根據所述當前圍巖信息、所述當前施工信息以及預先創建的動態設計模型確定隧道支護體系設計參數及適配施工管控對策；其中，所述動態設計模型是基于歷史圍巖信息、歷史施工信息、已施作支護體系的支護信息及其對應的支護變形信息訓練得到的。
[0008]在一實施例中，所述待支護位置的當前圍巖信息包括巖石堅硬程度參數；所述獲取待支護位置的圍巖信息，包括：
[0009]實時獲取多個鉆進參數、鉆頭參數、泊松比數據和圍巖彈性模量，所述鉆進參數包括鉆進壓力、鉆進扭矩、鉆進沖擊力、鉆進速度、鉆進過程沖擊力、推進力和扭矩破巖系數；
所述鉆頭參數包括鉆頭尺寸、鉆頭材料彈性模量、鑿巖臺車釬頭球齒數、球齒鉆頭破巖壓力；所述泊松比數據包括鉆頭材料泊松比、圍巖泊松比；
[0010]基于所述多個鉆進參數、鉆頭參數、泊松比數據和圍巖彈性模量確定巖石堅硬程度參數。
[0011]在一實施例中，所述待支護位置的當前圍巖信息還包括圍巖結構面發育程度參數；所述獲取待支護位置的圍巖信息，還包括：
[0012]獲取隧道掌子面及洞周區域露頭圍巖結構面的三維位移坐標值；
[0013]基于所述三維位移坐標值確定結構面空間位移及其矢量方程表達式；
[0014]基于所述結構面空間位移及其矢量方程表達式中的結構面空間位移及其矢量方程常數確定所述圍巖結構面發育程度參數；所述圍巖結構面發育程度參數包括結構面傾角、走向、傾向、組數及間距。
[0015]在一實施例中，所述當前施工信息包括開挖斷面的形狀及尺寸、開挖工法類型及參數、循環進尺控制、支護時機及每循環耗時、施工安全步距控制參數。
[0016]在一實施例中，所述方法還包括訓練動態設計模型的步驟，具體包括：
[0017]根據多組歷史圍巖信息、歷史施工信息、已施作支護體系的歷史支護信息及其對應的支護變形信息得到訓練數據集；
[0018]基于所述訓練數據集以及預設的多種人工智能學習算法分別訓練得到最佳動態設計模型。
[0019]在一實施例中，所述根據多組歷史圍巖信息、歷史施工信息、已施作支護體系的歷史支護信息及其對應的支護變形信息得到訓練數據集，包括：
[0020]獲取已施作支護體系對應的支護變形信息；
[0021]基于剛度矩陣位移法以及所述支護變形信息反演得到支護結構應力；
[0022]根據預設的質量評價規則對所述支護結構應力進行評價，得到對應的安全系數；
[0023]判斷所述安全系數是否滿足預設要求，若是，則將所述歷史支護信息及其對應的歷史圍巖信息和歷史施工信息確定為訓練數據集中的動態樣本；
[0024]若否，則將所述歷史支護信息及歷史施工管控信息進行自動迭代優化，直至滿足所述預設要求，并將優化后滿足所述預設要求的歷史支護信息及其對應的歷史圍巖信息和歷史施工信息確定為訓練數據集中的動態樣本。
[0025]在一實施例中，所述動態設計模型為多個，所述多個動態設計模型是分別基于不同的人工智能學習算法及預先確定的動態樣本訓練得到的；
[0026]所述根據所述當前圍巖信息、所述當前施工信息以及預先創建的動態設計模型確定隧道支護體系設計參數及適配施工管控對策，包括：
[0027]分別獲取所述動態設計模型的準確度，并將準確度最高的動態設計模型作為目標動態設計模型；
[0028]根據所述當前圍巖信息、所述當前施工信息以及所述目標動態設計模型確定隧道支護體系設計參數及適配施工管控對策。
[0029]根據本申請實施例的第二方面，本申請提供一種基于多元信息的隧道支護體系動態設計裝置，包括：
[0030]信息獲取模塊，用于獲取待支護位置的當前圍巖信息及當前施工信息；
[0031]支護體系設計參數及適配施工管控對策預測模塊，用于根據所述當前圍巖信息、所述當前施工信息以及預先創建的動態設計模型確定隧道支護體系設計參數及適配施工管控對策；其中，所述動態設計模型是基于歷史圍巖信息、歷史施工信息、已施作支護體系的支護信息及其對應的支護變形信息訓練得到的。
[0032]在一實施例中，所述待支護位置的當前圍巖信息包括巖石堅硬程度參數；所述信息獲取模塊包括包括巖石堅硬程度確定單元，用于：
[0033]實時獲取多個鉆進參數、鉆頭參數、泊松比數據和圍巖彈性模量，所述鉆進參數包括鉆進壓力、鉆進扭矩、鉆進沖擊力、鉆進速度、鉆進過程沖擊力、推進力和扭矩破巖系數；所述鉆頭參數包括鉆頭尺寸、鉆頭材料彈性模量、鑿巖臺車釬頭球齒數、球齒鉆頭破巖壓力；所述泊松比數據包括鉆頭材料泊松比、圍巖泊松比；
[0034]基于所述多個鉆進參數、鉆頭參數、泊松比數據和圍巖彈性模量確定巖石堅硬程度參數。
[0035]在一實施例中，所述待支護位置的當前圍巖信息還包括圍巖結構面發育程度參數；所述信息獲取模塊還包括圍巖結構面發育程度參數確定單元，用于：
[0036]獲取隧道掌子本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種基于多元信息的隧道支護體系動態設計方法，其特征在于，包括：獲取待支護位置的當前圍巖信息及當前施工信息；根據所述當前圍巖信息、所述當前施工信息以及預先創建的動態設計模型確定隧道支護體系設計參數及適配施工管控對策；其中，所述動態設計模型是基于歷史圍巖信息、歷史施工信息、已施作支護體系的支護信息及其對應的支護變形信息訓練得到的。2.根據權利要求1所述的基于多元信息的隧道支護體系動態設計方法，其特征在于，所述待支護位置的當前圍巖信息包括巖石堅硬程度參數；所述獲取待支護位置的圍巖信息，包括：實時獲取多個鉆進參數、鉆頭參數、泊松比數據和圍巖彈性模量；基于所述多個鉆進參數、鉆頭參數、泊松比數據和圍巖彈性模量確定巖石堅硬程度參數。3.根據權利要求2所述的基于多元信息的隧道支護體系動態設計方法，其特征在于，所述待支護位置的當前圍巖信息還包括圍巖結構面發育程度參數；所述獲取待支護位置的圍巖信息，還包括：獲取隧道掌子面及洞周區域露頭圍巖結構面的三維位移坐標值；基于所述三維位移坐標值確定結構面空間位移及其矢量方程表達式；基于所述結構面空間位移及其矢量方程表達式中的結構面空間位移及其矢量方程常數確定所述圍巖結構面發育程度參數。4.根據權利要求1所述的基于多元信息的隧道支護體系動態設計方法，其特征在于，所述當前施工信息包括開挖斷面的形狀及尺寸、開挖工法類型及參數、循環進尺控制、支護時機及每循環耗時、施工安全步距控制參數。5.根據權利要求1所述的基于多元信息的隧道支護體系動態設計方法，其特征在于，所述方法還包括訓練動態設計模型的步驟，具體包括：根據多組歷史圍巖信息、歷史施工信息、已施作支護體系的歷史支護信息及其對應的支護變形信息得到訓練數據集；基于所述訓練數據集以及預設的多種人工智能學習算法分別訓練得到最佳動態設計模型。6.根據權利要求5所述的基于多元信息的隧道支護體系動態設計方法，其特征在于，所述根據多組歷史圍巖信息、歷史施工信息、已施作支護體系的歷史支護信息及其對應的支護變形信息得到訓練數據集，包括：獲取已施作支護體系對應的支護變形信息；基于剛度矩陣位移法以及所述支護變形信息反演得到支護結構應力；根據預設的質量評價規則對所述支護結構應力進行評價，得到對應的安全系數；判斷所述安全系數是否滿足預設要求，若是，則將所述歷史支護信息及其對應的歷史圍巖信息和歷史施工信息確定為訓練數據集中的動態樣本；若否，則將所述歷史支護信息及歷史施工管控信息進行自動迭代優化，直至滿足所述預設要求，并將優化后滿足所述預設要求的歷史支護信息及其對應的歷史圍巖信息和歷史施工信息確定為訓練數據集中的動態樣本。7.根據權利要求1所述的基于多元信息的隧道支護體系動態設計方法，其特征在于，所
述動態設計模型為多個，所述多個動態設計模型是分別基于不同的人工智能學習算法及預先確定的動態樣本訓練得到的；所述根據所述當前圍巖信息、所述當前施工信息以及預先創建的動態設計模型確定隧道支護體系設計參數及適配施工管控對策，包括：分別獲取所述動態設計模型的準確度，并將準確度最高的動態設計模型作...

【專利技術屬性】
技術研發人員：田四明，劉大剛，吳克非，王明年，石少帥，王偉，黎旭，霍建勛，張藝騰，
申請(專利權)人：西南交通大學中國國家鐵路集團有限公司，
類型：發明
國別省市：