本發(fā)明屬于巖土爆破，具體涉及一種考慮巖體組構(gòu)參數(shù)的隧道爆破超欠挖控制方法。

背景技術(shù)：

1、鉆爆法因成本較低、地質(zhì)適用性強(qiáng)等特點(diǎn)廣泛應(yīng)用于隧道施工中。由于地質(zhì)條件復(fù)雜，巖體中常常賦存大量的層理及節(jié)理裂隙并受鉆爆法做功“瞬時(shí)性”特征的影響，使其在工程應(yīng)用過程中往往難以精確控制超欠挖現(xiàn)象，甚至因?yàn)楸茢_動(dòng)導(dǎo)致塌方事故頻繁發(fā)生，影響施工進(jìn)度、質(zhì)量與安全。

2、鑒于圍巖條件和爆破過程的復(fù)雜性，巖體組構(gòu)參數(shù)對(duì)隧道光面爆破效果的影響較大，所以在滿足正常爆破功能的基礎(chǔ)上，需要對(duì)爆破過程加以合理控制，既要合理高效地破碎開挖輪廓范圍內(nèi)巖體，也要減少對(duì)開挖區(qū)域外巖體的損傷或擾動(dòng)，以便更有效地維持圍巖的安全穩(wěn)定性并有效控制超欠挖現(xiàn)象的發(fā)生。因此需要在考慮巖體組構(gòu)參數(shù)的基礎(chǔ)上，基于爆破超欠挖效果優(yōu)化光面爆破參數(shù)。然而如何快速確定光面爆破參數(shù)優(yōu)化方案，現(xiàn)階段尚無系統(tǒng)性理論和方法可以直接應(yīng)用。

3、因而必須設(shè)計(jì)一套能夠考慮巖體組構(gòu)參數(shù)的超大斷面硬巖隧道爆破超欠挖控制方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中的問題，本申請(qǐng)?zhí)岢隽艘环N考慮巖體組構(gòu)參數(shù)的隧道爆破超欠挖控制方法，基于巖體組構(gòu)參數(shù)和超欠挖效果評(píng)估優(yōu)化爆破參數(shù)，能夠?qū)崟r(shí)反饋爆破施工的效果，確保工程質(zhì)量和安全。

2、本發(fā)明提出的考慮巖體組構(gòu)參數(shù)的隧道爆破超欠挖控制方法，包括以下步驟：

3、依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)爆破方案進(jìn)行隧道爆破并揭露掌子面；

4、采用三維激光掃描儀掃描隧道掌子面及圍巖；獲取圍巖組構(gòu)參數(shù)與爆破效果評(píng)價(jià)參數(shù)；

5、根據(jù)當(dāng)前掌子面圖像和掃描數(shù)據(jù)，梳理圍巖組構(gòu)參數(shù)與爆破參數(shù)以及爆破效果評(píng)價(jià)參數(shù)線性之間的關(guān)系并基于深度學(xué)習(xí)算法建立智能模型；將現(xiàn)場(chǎng)爆破效果好的數(shù)據(jù)輸入構(gòu)建的智能模型中進(jìn)行訓(xùn)練并補(bǔ)充數(shù)據(jù)集；

6、將爆破效果評(píng)價(jià)參數(shù)和賦值后的圍巖組構(gòu)參數(shù)輸入智能模型，獲得優(yōu)化爆破參數(shù)；

7、基于優(yōu)化爆破參數(shù)進(jìn)行三維激光可視化布點(diǎn)，實(shí)施優(yōu)化爆破方案，實(shí)現(xiàn)隧道爆破超欠挖控制。

8、進(jìn)一步地，所述實(shí)施優(yōu)化爆破方案步驟之后，還包括：

9、再次采用所述三維激光掃描儀掃描隧道掌子面及圍巖，以再次獲取圍巖組構(gòu)參數(shù)與爆破效果評(píng)價(jià)參數(shù)，并利用所述智能模型繼續(xù)優(yōu)化所述爆破參數(shù)。

10、進(jìn)一步地，還包括：將爆破成本數(shù)據(jù)輸入智能模型，獲得優(yōu)化爆破參數(shù)，基于優(yōu)化爆破參數(shù)計(jì)算爆破成本，實(shí)施優(yōu)化爆破方案。

11、進(jìn)一步地，所述建立智能模型的步驟包括：

12、創(chuàng)建訓(xùn)練樣本數(shù)據(jù)庫；所述樣本數(shù)據(jù)庫內(nèi)的樣本數(shù)據(jù)包括圍巖組構(gòu)參數(shù)、爆破參數(shù)以及爆破效果評(píng)價(jià)參數(shù)；

13、在既有神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的末端設(shè)置所述爆破參數(shù)的四個(gè)預(yù)測(cè)值，得到能夠?qū)崿F(xiàn)隧道爆破參數(shù)優(yōu)化的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)智能模型；

14、選取貝葉斯正則化算法作為訓(xùn)練算法，將獲取的樣本數(shù)據(jù)輸入建立的智能模型中進(jìn)行迭代訓(xùn)練。

15、進(jìn)一步地，所述建立智能模型的步驟還包括：

16、采用真實(shí)值與預(yù)測(cè)值之間的相關(guān)系數(shù)來表征所述智能模型的預(yù)測(cè)精度：

17、

18、式中：為相關(guān)系數(shù)；、分別表示所述爆破參數(shù)的真實(shí)值與預(yù)測(cè)值，其中，為輸入值，為輸出值；為數(shù)據(jù)索引；為樣本容量；

19、當(dāng)||≤1，且若||越接近于1時(shí)，則真實(shí)值與預(yù)測(cè)值的相關(guān)程度越大；若||越接近于0，則真實(shí)值與預(yù)測(cè)值的相關(guān)程度越小。

20、進(jìn)一步地，所述爆破參數(shù)的四個(gè)預(yù)測(cè)值包括掏槽眼參數(shù)、周邊眼間距、周邊眼位置和裝藥參數(shù)。

21、進(jìn)一步地，

22、所述爆破效果評(píng)價(jià)參數(shù)包括：炮孔留痕率、塊度分布、超欠挖量值和爆破成本；

23、所述圍巖組構(gòu)參數(shù)包括：巖體優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀參數(shù)、巖體完整性系數(shù)和節(jié)理間距。

24、進(jìn)一步地，所述采用三維激光掃描儀掃描隧道掌子面及圍巖；獲取圍巖組構(gòu)參數(shù)與爆破效果評(píng)價(jià)參數(shù)的步驟包括：

25、利用三維激光掃描儀對(duì)隧道爆破揭露圍巖進(jìn)行掃描獲取點(diǎn)云數(shù)據(jù)；

26、將采集到的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和清洗，以去除噪聲和無關(guān)數(shù)據(jù)，保留有效的隧道內(nèi)部信息；

27、利用改進(jìn)faster?r-cnn方法智能化處理爆破后隧道側(cè)壁可見炮孔；最終通過比對(duì)不同時(shí)間點(diǎn)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，識(shí)別出爆破后留下的炮孔痕跡和損壞情況，進(jìn)而計(jì)算炮孔留痕率。

28、進(jìn)一步地，所述采用三維激光掃描儀掃描隧道掌子面及圍巖；獲取圍巖組構(gòu)參數(shù)與爆破效果評(píng)價(jià)參數(shù)的步驟包括：

29、利用所述三維激光掃描儀掃描隧道掌子面及圍巖獲取的爆渣圖像；

30、建立mask-r-cnn模型，并進(jìn)行模型訓(xùn)練和爆渣圖像分割；

31、訓(xùn)練完后進(jìn)行hsv變換與形態(tài)學(xué)優(yōu)化，應(yīng)用hsv變換來增強(qiáng)所述爆渣圖像中的顏色信息；

32、對(duì)分割后的爆渣圖像進(jìn)行塊度統(tǒng)計(jì)，計(jì)算每個(gè)塊的大小、形狀和分布，分析統(tǒng)計(jì)結(jié)果，評(píng)估爆堆的塊度分布和質(zhì)量，得到塊度分布統(tǒng)計(jì)。

33、進(jìn)一步地，獲取所述圍巖組構(gòu)參數(shù)的巖體完整性系數(shù)的步驟包括：

34、通過巖體與巖石的縱波速度之比計(jì)算圍巖巖體完整性系數(shù)：

35、

36、式中：表示巖體彈性縱波速度，單位為km/s，通過在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)巖體進(jìn)行聲波測(cè)試得到；表示巖石彈性縱波速度，單位為km/s，通過在實(shí)驗(yàn)室中對(duì)巖石樣本進(jìn)行聲波測(cè)試得到。

37、本發(fā)明的有益效果是：通過在掌子面爆破后，利用三維激光掃描技術(shù)獲取巖體組構(gòu)參數(shù)和爆破效果評(píng)價(jià)參數(shù)，將掃描獲取參數(shù)輸入智能模型，可以快速輸出爆破優(yōu)化參數(shù)，保證爆破方案對(duì)超大斷面圍巖和地質(zhì)環(huán)境的適應(yīng)性，有效控制爆破超欠挖，從而降低工程成本并提高工程的施工效率；與已有的爆破參數(shù)優(yōu)化方法相比，本發(fā)明考慮了節(jié)理產(chǎn)狀等圍巖組構(gòu)參數(shù)對(duì)爆破效果的影響，使爆破參數(shù)優(yōu)化更加快速，保證了參數(shù)優(yōu)化結(jié)果的科學(xué)性。

技術(shù)特征：

1.一種考慮巖體組構(gòu)參數(shù)的隧道爆破超欠挖控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的考慮巖體組構(gòu)參數(shù)的隧道爆破超欠挖控制方法，其特征在于，所述實(shí)施優(yōu)化爆破方案步驟之后，還包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的考慮巖體組構(gòu)參數(shù)的隧道爆破超欠挖控制方法，其特征在于，還包括：將爆破成本數(shù)據(jù)輸入智能模型，獲得優(yōu)化爆破參數(shù)，基于優(yōu)化爆破參數(shù)計(jì)算爆破成本，實(shí)施優(yōu)化爆破方案。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的考慮巖體組構(gòu)參數(shù)的隧道爆破超欠挖控制方法，其特征在于，所述建立智能模型的步驟包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的考慮巖體組構(gòu)參數(shù)的隧道爆破超欠挖控制方法，其特征在于，所述建立智能模型的步驟還包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的考慮巖體組構(gòu)參數(shù)的隧道爆破超欠挖控制方法，其特征在于，所述爆破參數(shù)的四個(gè)預(yù)測(cè)值包括掏槽眼參數(shù)、周邊眼間距、周邊眼位置和裝藥參數(shù)。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的考慮巖體組構(gòu)參數(shù)的隧道爆破超欠挖控制方法，其特征在于，

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的考慮巖體組構(gòu)參數(shù)的隧道爆破超欠挖控制方法，其特征在于，所述采用三維激光掃描儀掃描隧道掌子面及圍巖；獲取圍巖組構(gòu)參數(shù)與爆破效果評(píng)價(jià)參數(shù)的步驟包括：

9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的考慮巖體組構(gòu)參數(shù)的隧道爆破超欠挖控制方法，其特征在于，所述采用三維激光掃描儀掃描隧道掌子面及圍巖；獲取圍巖組構(gòu)參數(shù)與爆破效果評(píng)價(jià)參數(shù)的步驟包括：

10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的考慮巖體組構(gòu)參數(shù)的隧道爆破超欠挖控制方法，其特征在于，獲取所述圍巖組構(gòu)參數(shù)的巖體完整性系數(shù)的步驟包括：

技術(shù)總結(jié)
本申請(qǐng)涉及巖土爆破技術(shù)領(lǐng)域，提供了一種考慮巖體組構(gòu)參數(shù)的隧道爆破超欠挖控制方法，采用三維激光掃描儀掃描隧道掌子面及圍巖；獲取圍巖組構(gòu)參數(shù)與爆破效果評(píng)價(jià)參數(shù)；根據(jù)當(dāng)前掌子面圖像和掃描數(shù)據(jù)，梳理圍巖組構(gòu)參數(shù)與爆破參數(shù)以及爆破效果評(píng)價(jià)參數(shù)線性之間的關(guān)系并基于深度學(xué)習(xí)算法建立智能模型；將現(xiàn)場(chǎng)爆破效果好的數(shù)據(jù)輸入構(gòu)建的智能模型中進(jìn)行訓(xùn)練并補(bǔ)充數(shù)據(jù)集；將爆破效果評(píng)價(jià)參數(shù)和賦值后的圍巖組構(gòu)參數(shù)輸入智能模型，獲得優(yōu)化爆破參數(shù)；基于優(yōu)化爆破參數(shù)進(jìn)行三維激光可視化布點(diǎn)，實(shí)施優(yōu)化爆破方案，實(shí)現(xiàn)隧道爆破超欠挖控制。保證爆破方案對(duì)超大斷面圍巖和地質(zhì)環(huán)境的適應(yīng)性，有效控制爆破超欠挖，降低工程成本并提高工程的施工效率。

技術(shù)研發(fā)人員：王延濤,吳寧,安然,代廣偉,於可佳,朱廣舉,錢輝斌,江志平,李小冬,劉克奇,侯建,閆田青,袁小虎,解旭陽,張典威,王磊,張超,恩克太文,郝利鎖,左發(fā)林
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中建三局城建有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/21