一种盾构隧道管片壁后注浆效果的检测方法

本发明属于注浆空区的识别领域，特别涉及一种盾构隧道管片壁后注浆效果的检测方法。

背景技术：

1、在盾构隧道施工中，壁后注浆是一项核心工程实践，对于控制地层位移、维护隧道结构的稳定性以及保护周边环境至关重要。由于注浆关键参数的选择往往难以准确确定，由此可能导致注浆效果的不稳定和不和预测性，产生的注浆空区则会对盾构隧道的长期稳定性和安全性构成潜在威胁。然而目前注浆质量评价手段主要使用的方式为雷达探测成像技术，该技术存在需抵靠检测、数据解析难等应用限制，另外人工抽检为有损监测，且抽样随机性大，缺乏可靠的技术手段来有效识别和定位注浆空区，导致难以及时采取相应的补救措施。

技术实现思路

1、本技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一，本发明实施例提供了一种盾构隧道管片壁后注浆效果的检测方法，解决了盾构隧道管片壁后注浆空区诊断问题，具有精确高效的优点，具体方案如下：

2、一种盾构隧道管片壁后注浆效果的检测方法，包括：

3、s1、基于自然状态，在管片壁上均匀设置多个测点，通过激光多普勒测振仪和速度计获得每个测点的速度时程；

4、s2、通过welch方法对所述每个测点的速度时程进行计算，得到每个测点的测点功率谱密度和每个测点的参考功率谱密度度；

5、s3、根据每个测点的所述测点功率谱密度和每个测点的参考功率谱密度度得到每个测点的振动能量比与标准化谱熵；

6、s4、根据每个测点的振动能量比与标准化谱熵得到dbscan的参量；

7、s5、对所述dbscan的参量进行聚类得到离群点集合；

8、s6、筛选所述离群点集合内第一次成为离群点的点为潜在点，所述潜在点为潜在浇筑空区，将所述潜在点作为测点，重复执行s2；

9、所述离群点集合内除去潜在点的点为浇筑空区点，所述浇筑空区点对应的空间位置为浇筑空区。

10、可选地，所述s2通过welch方法对所述每个测点的速度时程进行计算，得到每个测点的测点功率谱密度和每个测点的参考功率谱密度：

11、基于welch方法对所述每个测点的速度时程进行计算，得到每个测点的测点功率谱密度其中，所述测点功率谱密度的计算公式为公式(1):

12、

13、其中，为第i段测点时程数据的功率谱估计，w(n)(1≤n≤l)为窗函数；

14、l为信号划分的段数，每段的长度为m；为xtest(n)的第i段数据，第k个值与xtest(n)的关系为在分段过程中，最后不足长度m的数据不参与数据分段；

15、为第i段参考时程数据的功率谱估计；

16、基于welch方法对所述每个测点的速度时程进行计算，得到每个测点的参考功率谱密度其中，所述参考功率谱密度的计算公式为公式(2)：

17、

18、其中，为第i段参考时程数据的功率谱估计，

19、为xref(n)的第i段数据，第k个值与xref(n)的关系为在分段过程中，最后不足长度m的数据不参与数据分段。

20、可选地，所述s3中的根据所述每个测点的测点功率谱密度和每个测点的参考功率谱密度得到每个测点的振动能量比与标准化谱熵包括：

21、在指定频率区间范围内，对各个测点的测点功率谱密度进行积分，得到每个测点的测点功率谱密度总值，同时，对各个测点的参考功率谱密度进行积分，得到每个测点的参考功率谱密度总值；

22、基于每个测点的测点功率谱密度总值和每个测点的参考功率谱密度总值，得到每个测点的能量比；

23、基于测点功率谱序列长度，对每个测点的测点功率谱密度进行标准化得到标准化测点功率谱；

24、基于标准化测点功率谱，得到标准化谱熵。

25、可选地，所述对各个测点的测点功率谱密度进行积分，得到每个测点的测点功率谱密度总值ftest的公式为公式(3)：

26、

27、其中，k为的变量，[id1,id2]为所述指定频率区间范围内的为的序号下标；

28、df为频域分辨率；

29、所述对各个测点的参考功率谱密度进行积分，得到每个测点的参考功率谱密度总值fref的公式为公式(4)

30、

31、可选地，所述基于每个测点的测点功率谱密度总值和每个测点的参考功率谱密度总值，得到每个测点的能量比vr的公式为公式(5)：

32、

33、可选地，所述基于测点功率谱序列长度，对每个测点的测点功率谱密度进行标准化得到标准化测点功率谱包括：

34、计算测点功率谱序列长度，所述测点功率谱序列长度np的公式为公式(6)

35、

36、其中，np为测点功率谱序列长度，length(·)表示向量的长度；

37、基于所述测点功率谱序列长度，得到标准化测点功率谱的公式为公式(7)：

38、

39、其中，为标准化测点功率谱。

40、可选地，所述基于标准化测点功率谱，得到标准化谱熵的计算公式为公式(8)：

41、

42、其中，se为标准化谱熵。

43、可选地，所述s4中的根据每个测点的振动能量比与标准化谱熵得到dbscan的参量包括：

44、s401、基于每个测点的近似横向位置、近似竖向位置、振动能量比和标准化谱熵，得到横向位置列向量xall、竖向位置列向量yall、振动能量比列向量vrall和标准化谱熵列向量seall，

45、s402、分别对横向位置列向量xall、竖向位置列向量yall、振动能量比列向量vrall和标准化谱熵列向量seall进行归一化处理，得到归一化横向位置列向量归一化纵向位置列向量归一化振动能量比序列和归一化标准化谱熵序列

46、根据所述归一化横向位置列向量归一化纵向位置列向量归一化振动能量比序列和归一化标准化谱熵序列得到距离矩阵dd，所述距离为公式(9)：

47、

48、其中，pdist(.)为计算内部矩阵与其自身的距离矩阵，结果为一个二维矩阵，行列的元素是两个参与计算的矩阵分别的第行与第行之间的欧氏距离；

49、norm(·)表示对矩阵每一列进行归一化处理；

50、s403、根据所述距离矩阵得到阈值判别系数ep，所述阈值判别系数的公式为公式(10)：

51、ep＝find(abs(diff(sort(get(sort(dd,2),2))))>std(diff(sort(get(sort(dd,2),2)))))   (10)

52、其中，sort(·,dim)表示对矩阵按dim维度进行升序排序；

53、get(·,id)表示取出矩阵的id列；

54、sort(·)表示对序列进行降序排序；

55、diff(·)表示对序列进行差分计算；

56、std(·)表示计算序列标准差；

57、abs(·)表示对内部的序列取绝对值；

58、find(·>aa)表示找到序列中大于aa值的数据；

59、s404、根据所述阈值判别系数得到dbscan的参量，其中，所述dbscan的参量的公式为公式(11)：

60、

61、其中，epsilon为dbscan的参量，为邻域距离阈值参数；

62、ep(i)表示取出序列ep的第i项；

63、mean(·)表示求序列的平均值；

64、dd(i1:i2)表示取出序列dd从i1到i2的值；

65、dd(1)取出序列dd的第一个元素。

66、可选地，所述s5中的对所述dbscan的参量进行聚类得到离群点集合包括：

67、将归一化振动能量比序列和归一化标准化谱熵序列构成二维矩阵fe；

68、基于邻域距离阈值参数epsilon和邻域样本个数阈值参数minpts，对二维矩阵fe进行聚类，得到噪声点集合id1，其中，minpts＝2；

69、对振动能量比列向量vrall进行±2标准差判断，若标准差不在±2之内，则判定为不符合条件，得到不满足条件的测点集合id2；

70、对标准化谱熵列向量seall进行±2标准差判断，若标准差不在±2之内，则判定为不符合条件，得到不满足条件的测点集合id3；

71、取集合id1、id2和id3的交集，得到离群点，形成离群点集合。

72、可选地，所述s6中的筛选所述离群点集合内第一次成为离群点的点为潜在点，所述潜在点为潜在浇筑空区，将所述潜在点作为测点，重复执行s2；所述离群点集合内除去潜在点的点为浇筑空区点，所述浇筑空区点对应的空间位置为浇筑空区包括：

73、判断所述离群点集合内每一个离群点是否为第一次成为离群点：

74、第一次成为离群点的点被确定为潜在点，所述潜在点所对应的空间位置为潜在浇筑空区，将所有的潜在点作为测点，重复执行s2；

75、第二次成为离群点的点被确定为浇筑空区点，所述浇筑空区点所对应的空位置为浇筑空区。

76、本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：

77、基于振动技术的监测方法不需要对隧道结构进行破坏性检测，同时可以进行非接触的测量，减少了对现场施工的干扰和影响，通过对盾构隧道管片壁后注浆效果的实时监测和评估，有助于及时发现施工中的问题并采取相应的补救措施，进而提高施工效率和质量，为盾构隧道施工提供一种先进、高效的监测手段。