一种基于斜井TBM掘进的复杂条件下超前勘探方法及系统与流程

本发明涉及隧道工程，更具体地说，它涉及基于斜井tbm掘进的复杂条件下超前勘探方法及系统。

背景技术：

1、随着地下工程的不断发展，斜井tbm施工越来越频繁，但在复杂地质条件下的掘进面前，传统方法往往难以准确获取岩体信息，这可能导致斜井tbm施工面临一系列挑战，包括但不限于岩体坚固度、断裂情况、地质构造等方面的不确定性，这些挑战可能增加施工周期、成本以及安全风险，在斜井tbm掘进复杂条件下，如何实现超前勘探，快速准确获取岩体参数信息，提前根据地层特性制定处置方案及掘进参数，降低施工风险，提高施工效率成为一个急需解决的问题。但是传统方法还是很依赖人工勘探和测量，容易受到地质条件、人为误差等因素的影响，信息获取不准确且耗时，无法实现对岩体参数的实时监测。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供基于斜井tbm掘进的复杂条件下超前勘探方法及系统，以解决上述背景技术中提出的测量过程容易受到地质条件、人为误差等因素的影响，以及信息获取不准确且耗时，无法实现对岩体参数的实时监测的问题。

2、本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

3、第一方面，本技术提供了基于斜井tbm掘进的复杂条件下超前勘探方法，包括以下具体步骤：

4、控制勘探装置采集斜井掘进过程中的环境图像和全流程数据，全流程数据包括地质参数信息、工程参数信息和环境参数信息；

5、控制勘探装置通过环境图像得到的岩体数据，以及勘探装置通过全流程数据得到定量指标的评估结果；

6、利用勘探装置根据岩体数据和定量指标的评估结果，并基于预设条件识别出斜井中的各个潜在风险源；

7、通过勘探装置分析各个潜在风险源的风险因素，以及各个潜在风险源的风险因素件的相互作用，得到各个潜在风险源的风险评估结果；

8、风险评估结果包括低风险区域和高风险区域，根据各个潜在风险源的风险评估结果调控斜井掘进过程中隧道掘进机的运行状态。

9、在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

10、进一步，上述定量指标包括岩石抗压强度、岩体渗透系数和岩体渗透压力，其中：

11、岩石抗压强度具体为：

12、σc＝c+(σn-u)·tan(φ)；

13、式中，σc表示岩石抗压强度，c表示岩石的内聚力；σn表示未受孔隙水压力影响的总正应力；u表示孔隙水压力，φ表示摩擦角；

14、岩体渗透系数具体为：

15、

16、式中，k表示岩体渗透系数；q表示流体体积流量；l表示流体流动路径的长度；η表示流体动力粘滞系数；a表示垂直于流动方向的截面积；h2-h1表示垂直于流动方向上的压力差；

17、岩体渗透压力具体为：

18、

19、式中，p(x,y,z)表示空间位置(x,y,z)处的孔隙渗透压力；p0表示参考点的静水压力；l表示流线长度；a表示垂直于流线的截面积；k表示岩体渗透系数；表示沿流线的水头梯度；h表示地下水头；s表示流线长度；cosα表示考虑流线方向与水平面夹角的修正因子；α表示流线方向与水平面之间的角度。

20、进一步，上述定量指标的评估结果基于岩体质量指数、渗透系数变异系数和渗透压力指数进行，其中：

21、岩体质量指数具体为：

22、

23、式中，rqd表示岩石质量指数；l1表示钻孔总长度；l2表示合格岩心总长度；

24、渗透系数变异系数具体为：

25、

26、式中，ip表示渗透压力指数；p表示孔隙渗透压力；σ′表示作用在岩体上的有效应力；

27、渗透压力指数具体为：

28、

29、式中，ci表示渗透系数指数；表示岩体渗透系数的平均值；σk表示岩体渗透系数的标准差。

30、进一步，上述勘探装置包括全景井内摄像模块、随钻监测器和超前勘探装置，其中：

31、全景井内摄像模块，用于提供全景视角监测斜井内的岩体情况及施工过程；

32、随钻监测器，用于实时监测记录并处理分析整个岩体勘探过程的全流程数据；

33、超前勘探装置，用于结合全景井内摄像模块的环境图像和随钻监测器的全流程数据，识别出斜井中的各个潜在风险源，以及分析得到各个潜在风险源的风险评估结果。

34、进一步，上述全景井内摄像模块包括摄像头、图像处理模块和数据传输模块，其中：

35、摄像头，用于提供斜井内的岩体情况和施工过程的环境图像；

36、图像处理模块，用于实时处理摄像头捕获的环境图像，并根据环境图像提取得到岩体数据，岩体数据包括岩体颜色、岩体纹理和岩体形状；

37、数据传输模块，用于将图像处理模块处理后得到的岩体数据传输至随钻监测器和超前勘探装置。

38、进一步，上述随钻监测器包括参数采集模块、参数处理模块、指标提取模块和定量评估模块，其中：

39、传感器采集模块，用于采集掘进过程中的全流程数据；

40、参数处理模块，用于对采集的全流程数据进行预处理和数据清洗；

41、指标提取模块，用于根据经过预处理和数据清洗后的全流程数据得到岩体参数信息的定量指标；

42、定量评估模块，用于根据定量指标对岩体强度和完整性信息进行定量评估，识别出斜井中的各个潜在风险源，以及分析得到各个潜在风险源的风险评估结果。

43、进一步，上述当风险评估结果超过风险阈值时，该风险评估结果为高风险区域；当风险评估结果不超过风险阈值时，该风险评估结果为低风险区域。

44、第二方面，本技术提供了基于斜井tbm掘进的复杂条件下超前勘探系统，应用于第一方面中任一项的基于斜井tbm掘进的复杂条件下超前勘探方法，包括：

45、第一模块，用于控制勘探装置采集斜井掘进过程中的环境图像和全流程数据，全流程数据包括地质参数信息、工程参数信息和环境参数信息；

46、第二模块，用于控制勘探装置通过环境图像得到的岩体数据，以及勘探装置通过全流程数据得到定量指标的评估结果；

47、第三模块，用于利用勘探装置根据岩体数据和定量指标的评估结果，并基于预设条件识别出斜井中的各个潜在风险源；

48、第四模块，用于通过勘探装置分析各个潜在风险源的风险因素，以及各个潜在风险源的风险因素件的相互作用，得到各个潜在风险源的风险评估结果；

49、第五模块，用于风险评估结果包括低风险区域和高风险区域，根据各个潜在风险源的风险评估结果调控斜井掘进过程中隧道掘进机的运行状态。

50、第三方面，本技术提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现第一方面中任一项的方法。

51、第四方面，本技术提供了一种非暂态计算机可读存储介质，非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，计算机指令使计算机执行第一方面中任一项的方法。

52、与现有技术相比，本发明至少具有以下的有益效果：

53、本技术中，可以将勘探装置固定安装在隧道掘进机上，在斜井掘进过程中勘探装置采集环境图像和全流程数据，并对环境图像和全流程数据进行处理，分别可以得到环境图像对应的岩体数据，以及全流程数据对应的定量指标的评估结果；勘探装置再根据岩体数据和定量指标的评估结果进行综合分析施工过程中存在的风险，即识别出斜井中的各个潜在风险源，以及各个潜在风险源的风险评估结果，最终根据各个潜在风险源的风险评估结果来调控斜井掘进过程中隧道掘进机的运行状态，以解决测量过程容易受到地质条件、人为误差等因素的影响，以及信息获取不准确且耗时，无法实现对岩体参数的实时监测的问题。

54、本技术中，采用全景井内摄像模块和随钻监测器相结合的方式，实现对斜井tbm施工过程中岩体参数的实时监测和准确获取，并且能够记录整个钻探过程的全流程数据，并提出新的定量指标，实现岩体强度和完整性信息的定量评估，从而提前制定tbm掘进参数及风险源处置措施，降低施工风险，提高了施工效率。