一种基于放大位移的隧道掌子面稳定性监测方法及系统

本发明属于岩土及隧道工程灾害监测，尤其涉及一种基于放大位移的隧道掌子面稳定性监测方法及系统。

背景技术：

1、本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

2、钻爆法隧道中，隧道掌子面围岩坍塌频率高、危害大、难预测，掌子面附近已成为施工过程中最危险的区域。长期以来，掌子面围岩坍塌灾害严重威胁隧道施工及人员安全，轻者造成设备砸毁工期延误，重者导致大量人员伤亡和重大经济损失，灾害发生次数及造成的伤亡人数均居各类灾害前列。

3、目前，隧道爆破后对掌子面进行机械排险和人工排险往往依靠精简，往往存在盲目性、效率低、易遗漏等缺点，难以摸清掌子面的危险块体分布。传统隧道监控量测虽然有较好的准确性，但其往往反应的是掌子面整体稳定性变化，难以监测局部危险块体稳定性。而，三维激光扫描、双目摄像等新兴技术虽说可以很好的进行地质编录工作，但仅可实现块体的几何识别，对于块体稳定状态难以有效判识。

技术实现思路

1、为了解决上述背景技术中存在的技术问题，本发明提供一种基于放大位移的隧道掌子面稳定性监测方法及系统，首次提出了基于放大位移、模态振型的掌子面稳定性判定方法，相较于传统监控量测、地质编录等方法，实现掌子面稳定监测的快速化、实时化、智能化。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、本发明的第一个方面提供一种基于放大位移的隧道掌子面稳定性监测方法。

4、一种基于放大位移的隧道掌子面稳定性监测方法，包括：

5、对于隧道掌子面上的同一点，获取两个不同时间点的掌子面振动信息；

6、对于每个时间点，基于所述掌子面振动信息，通过模态振型分析，得到掌子面模态振型，并将掌子面模态振型进行放大；

7、通过对比两个时间点的掌子面模态振型之间的差值，得到隧道掌子面稳定性及危险块体位置。

8、进一步地，所述掌子面振动信息包括速度、位移和加速度。

9、进一步地，所述掌子面振动信息通过扫描式激光测振系统采集，且所述扫描式激光测振系统可以自动划分扫描路径及测点密度。

10、进一步地，所述扫描式激光测振系统安装于便携式旋转系统上，且所述便携式旋转系统包括水平x轴的电动位移平台和水平z轴的电动位移平台。

11、进一步地，所述便携式旋转系统包括若干个双气室气浮气囊和水平自适应调节气阀。

12、进一步地，所述差值大于阈值，则判定隧道掌子面上的点存在危险块体；

13、或者，所述差值超出阈值的范围不同，则所述隧道掌子面稳定性不同。

14、进一步地，所述危险块体的处理方式包括：机械排除、局部锚固和联合加固。

15、本发明的第二个方面提供一种基于放大位移的隧道掌子面稳定性监测系统。

16、一种基于放大位移的隧道掌子面稳定性监测系统，包括：

17、数据获取模块，其被配置为：对于隧道掌子面上的同一点，获取两个不同时间点的掌子面振动信息；

18、模态振型分析模块，其被配置为：对于每个时间点，基于所述掌子面振动信息，通过模态振型分析，得到掌子面模态振型，并将掌子面模态振型进行放大；

19、对比模块，其被配置为：通过对比两个时间点的掌子面模态振型之间的差值，得到隧道掌子面稳定性及危险块体位置。

20、本发明的第三个方面提供一种计算机可读存储介质。

21、一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上述第一个方面所述的一种基于放大位移的隧道掌子面稳定性监测方法中的步骤。

22、本发明的第四个方面提供一种计算机设备。

23、一种计算机设备，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，所述处理器执行所述程序时实现如上述第一个方面所述的一种基于放大位移的隧道掌子面稳定性监测方法中的步骤。

24、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

25、本发明首次提出了基于放大位移、模态振型的掌子面稳定性判定方法，相较于传统监控量测、地质编录等方法，实现掌子面稳定监测的快速化、实时化、智能化。

26、本发明通过便携式系统可快速对爆破掌子面进行监测，避免遗漏监测的黄金时期。

27、本发明扫描式激光测振系统可根据掌子面情况自动划分扫描路径及测点密度，从而提高掌子面稳定性监测准确率。

技术特征：

1.一种基于放大位移的隧道掌子面稳定性监测方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种基于放大位移的隧道掌子面稳定性监测方法，其特征在于，所述掌子面振动信息包括速度、位移和加速度。

3.根据权利要求1所述的一种基于放大位移的隧道掌子面稳定性监测方法，其特征在于，所述掌子面振动信息通过扫描式激光测振系统采集，且所述扫描式激光测振系统可以自动划分扫描路径及测点密度。

4.根据权利要求3述的一种基于放大位移的隧道掌子面稳定性监测方法，其特征在于，所述扫描式激光测振系统安装于便携式旋转系统上，且所述便携式旋转系统包括水平x轴的电动位移平台和水平z轴的电动位移平台。

5.根据权利要求4所述的一种基于放大位移的隧道掌子面稳定性监测方法，其特征在于，所述便携式旋转系统包括若干个双气室气浮气囊和水平自适应调节气阀。

6.根据权利要求1所述的一种基于放大位移的隧道掌子面稳定性监测方法，其特征在于，所述差值大于阈值，则判定隧道掌子面上的点存在危险块体；

7.根据权利要求1所述的一种基于放大位移的隧道掌子面稳定性监测方法，其特征在于，所述危险块体的处理方式包括：机械排除、局部锚固和联合加固。

8.一种基于放大位移的隧道掌子面稳定性监测系统，其特征在于，包括：

9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-7中任一项所述的一种基于放大位移的隧道掌子面稳定性监测方法中的步骤。

10.一种计算机设备，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，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1-7中任一项所述的一种基于放大位移的隧道掌子面稳定性监测方法中的步骤。

技术总结本发明属于岩土及隧道工程灾害监测技术领域，提供了一种基于放大位移的隧道掌子面稳定性监测方法及系统，包括：对于隧道掌子面上的同一点，获取两个不同时间点的掌子面振动信息；对于每个时间点，基于所述掌子面振动信息，通过模态振型分析，得到掌子面模态振型，并将掌子面模态振型进行放大；通过对比两个时间点的掌子面模态振型之间的差值，得到隧道掌子面稳定性及危险块体位置。相较于传统监控量测、地质编录等方法，实现掌子面稳定监测的快速化、实时化、智能化。技术研发人员：刘洪亮,杨光宇,李利平,范宏运,屠文锋,陈雨雪,姜新波,蔡辉,颜丙刚受保护的技术使用者：山东大学技术研发日：技术公布日：2024/10/17