基于隧道应力数据的隧道开凿路线制定方法与流程

本发明涉及隧道施工，具体是基于隧道应力数据的隧道开凿路线制定方法。

背景技术：

1、制定隧道开凿路线的方法通常是基于地质条件、隧道用途、施工技术和经济考虑等因素进行综合分析，隧道开挖过程中，隧道应力数据是非常重要的一种信息，可以用来评估隧道工程的稳定性和安全性，在隧道施工过程中，不可避免的会受到膨胀岩的影响，膨胀岩是指在一定条件下会发生体积膨胀的岩石类型，由于膨胀岩的存在，如何对隧道进行支护也成为一个需要解决的问题；

2、在现有技术中，对于膨胀岩的处理大多是在尽量避开其影响的前提下进行的，但对于无法避开的情况则缺少有效的应对措施，且现有技术中，不同区域的膨胀岩由于环境条件的不同，其膨胀情况也会存在不同，现有的技术方案缺乏针对膨胀岩的膨胀情况为隧道在施工时提供支护参考的方法，使得所设置的支护措施往往缺乏针对性，针对现有技术的不足，本发明提供了基于隧道应力数据的隧道开凿路线制定方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供基于隧道应力数据的隧道开凿路线制定方法。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：基于隧道应力数据的隧道开凿路线制定方法，包括以下步骤：

3、步骤s1：对施工区域的地质数据进行采集，根据所采集的地质数据构建施工区域的地质孪生模型，在所构建的地质孪生模型中对膨胀岩区域进行可视化处理；

4、步骤s2：根据施工方案获得隧道信息，根据所获得的隧道信息构建隧道孪生模型，结合地质孪生模型构建若干条隧道模拟路线，分别获得各条隧道模拟路线与膨胀岩区域的接触系数，根据所获得的接触系数获得隧道开凿路线；

5、步骤s3：获得隧道开凿路线上的膨胀岩样本，对膨胀岩样本在不同环境条件下的膨胀系数进行监测，根据所获得的环境条件与膨胀系数的对应关系构建膨胀岩区域的膨胀预测模型；

6、步骤s4：对膨胀岩区域的历史环境条件进行采集，根据膨胀预测模型获得膨胀岩区域在历史环境条件下的膨胀系数变化图，获得隧道孪生模型在不同膨胀系数下的应力数据，结合膨胀系数变化图获得隧道的应力数据变化图，根据应力数据变化图和隧道开凿路线生成隧道在膨胀岩区域的支护信息并反馈。

7、进一步的，对施工区域的地质数据进行采集，根据所采集的地质数据构建施工区域的地质孪生模型，在所构建的地质孪生模型中对膨胀岩区域进行可视化处理的过程包括：

8、对施工区域的地质数据进行采集，所述地质数据是指构建施工区域的数字孪生模型所必需的各项信息，利用数字孪生技术根据地质数据构建施工区域的地质孪生模型，根据所采集的地质数据获得施工区域的膨胀岩区域，将所获得的膨胀岩区域渲染成与其他区域不同的颜色。

9、进一步的，根据施工方案获得隧道信息，根据所获得的隧道信息构建隧道孪生模型，结合地质孪生模型构建若干条隧道模拟路线的过程包括：

10、获得隧道的施工方案，根据施工方案获得隧道信息，所述隧道信息是指构建隧道的数字孪生模型所必需的各项信息，利用数字孪生技术根据隧道信息构建隧道的隧道孪生模型，将所构建的隧道孪生模型与地质孪生模型进行结合，利用穷举法在地质孪生模型中构建若干条隧道模拟路线，将隧道孪生模型分别设置于所构建的隧道模拟路线。

11、进一步的，分别获得各条隧道模拟路线与膨胀岩区域的接触系数，根据所获得的接触系数获得隧道开凿路线的过程包括：

12、分别获得各条隧道模拟路线与所有地质环境的接触总面积以及与膨胀岩区域的接触膨胀岩面积，将接触膨胀岩面积除以接触总面积的比值作为各条隧道模拟路线的接触系数，将其中接触系数最小的隧道模拟路线作为隧道开凿路线。

13、进一步的，获得隧道开凿路线上的膨胀岩样本，对膨胀岩样本在不同环境条件下的膨胀系数进行监测，根据所获得的环境条件与膨胀系数的对应关系构建膨胀岩区域的膨胀预测模型的过程包括：

14、对隧道开凿路线上的膨胀岩区域内的膨胀岩样本进行采集，所述环境条件是指能够使膨胀岩样本出现膨胀情况的各种外部条件，获得膨胀岩样本的采集体积，对膨胀岩样本施加不同的环境条件并获得相应的膨胀体积，将膨胀体积除以采集体积的比值作为膨胀岩样本的膨胀系数；

15、将不同环境条件与其所对应的膨胀系数纳入同一个数据集，选择深度学习模型作为初始的膨胀预测模型，使用数据集对初始的膨胀预测模型进行训练和评估以获得当前的膨胀预测模型。

16、进一步的，对膨胀岩区域的历史环境条件进行采集，根据膨胀预测模型获得膨胀岩区域在历史环境条件下的膨胀系数变化图的过程包括：

17、对膨胀岩区域的历史环境条件进行采集并构建环境条件变化图，所述历史环境条件是指膨胀岩区域全年的环境条件，根据膨胀预测模型获得膨胀岩区域在不同历史环境条件下的膨胀系数以构建膨胀系数变化图。

18、进一步的，获得隧道孪生模型在不同膨胀系数下的应力数据，结合膨胀系数变化图获得隧道的应力数据变化图的过程包括：

19、对隧道开凿路线与膨胀岩区域的接触面上的应力数据进行采集，同时获得对应的环境条件以及膨胀系数，将应力数据和膨胀系数输入至包含隧道开凿路线的地质孪生模型中，在地质孪生模型中将膨胀系数按照膨胀系数变化图进行调节以获得相应的应力数据，进而构建应力数据变化图。

20、进一步的，根据应力数据变化图和隧道开凿路线生成隧道在膨胀岩区域的支护信息并反馈的过程包括：

21、在隧道开凿路线与膨胀岩区域的接触面增加支护措施，将应力数据变化图中的最高值作为隧道开凿路线在膨胀岩区域所受到的应力峰值，根据应力峰值设置支护措施的承载能力并生成隧道的支护信息，所述支护信息包含隧道开凿路线与膨胀岩区域的接触面以及支护措施的承载能力，并将支护信息反馈至相关人员处。

22、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

23、1、本发明通过对施工区域的地质数据和隧道的隧道信息进行采集，进而分别构建地质孪生模型和隧道孪生模型，能够将数字孪生技术引入至隧道施工技术领域，为不易观察的隧道施工提供了直观可视的方法，通过将地质孪生模型和隧道孪生模型进行结合，提前在虚拟空间构建隧道模拟路线，并根据各条模拟路线与膨胀岩区域的接触系数获得接触最少的隧道模拟路线，能够保证所获得的隧道开凿路线与膨胀岩的接触面最小，能够从根本上减少膨胀岩对于隧道的影响；

24、2、本发明通过对隧道开凿路线上的膨胀岩样本进行采集，进而获得其在不同环境条件下的膨胀系数，根据环境条件与膨胀系数的对应关系构建膨胀岩区域的膨胀预测模型，结合全面的历史环境条件能够获得膨胀岩区域日常的膨胀系数变化情况，同时在数字孪生模型中对隧道所受到的应力数据进行模拟，能够获得隧道应力数据的日常变化情况，以此为基础对隧道与膨胀岩区域的接触面增加支护措施，能够保证隧道的支护措施始终能够承载膨胀岩区域对于隧道的影响。

技术特征：

1.基于隧道应力数据的隧道开凿路线制定方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于隧道应力数据的隧道开凿路线制定方法，其特征在于，对施工区域的地质数据进行采集，根据所采集的地质数据构建施工区域的地质孪生模型，在所构建的地质孪生模型中对膨胀岩区域进行可视化处理的过程包括：

3.根据权利要求2所述的基于隧道应力数据的隧道开凿路线制定方法，其特征在于，根据施工方案获得隧道信息，根据所获得的隧道信息构建隧道孪生模型，结合地质孪生模型构建若干条隧道模拟路线的过程包括：

4.根据权利要求3所述的基于隧道应力数据的隧道开凿路线制定方法，其特征在于，分别获得各条隧道模拟路线与膨胀岩区域的接触系数，根据所获得的接触系数获得隧道开凿路线的过程包括：

5.根据权利要求4所述的基于隧道应力数据的隧道开凿路线制定方法，其特征在于，获得隧道开凿路线上的膨胀岩样本，对膨胀岩样本在不同环境条件下的膨胀系数进行监测，根据所获得的环境条件与膨胀系数的对应关系构建膨胀岩区域的膨胀预测模型的过程包括：

6.根据权利要求5所述的基于隧道应力数据的隧道开凿路线制定方法，其特征在于，对膨胀岩区域的历史环境条件进行采集，根据膨胀预测模型获得膨胀岩区域在历史环境条件下的膨胀系数变化图的过程包括：

7.根据权利要求6所述的基于隧道应力数据的隧道开凿路线制定方法，其特征在于，获得隧道孪生模型在不同膨胀系数下的应力数据，结合膨胀系数变化图获得隧道的应力数据变化图的过程包括：

8.根据权利要求7所述的基于隧道应力数据的隧道开凿路线制定方法，其特征在于，根据应力数据变化图和隧道开凿路线生成隧道在膨胀岩区域的支护信息并反馈的过程包括：

技术总结
基于隧道应力数据的隧道开凿路线制定方法，涉及隧道施工技术领域，构建施工区域的地质孪生模型和若干条隧道模拟路线，分别获得各条隧道模拟路线与膨胀岩区域的接触系数以获得隧道开凿路线，获得隧道开凿路线上的膨胀岩样本及其在不同环境条件下的膨胀系数，根据环境条件与膨胀系数的对应关系构建膨胀预测模型，对膨胀岩区域的历史环境条件进行采集，获得膨胀岩区域在历史环境条件下的膨胀系数变化图，进而获得隧道的应力数据变化图，根据应力数据变化图和隧道开凿路线生成隧道在膨胀岩区域的支护信息并反馈；通过本发明的技术方案，能够保证隧道开凿路线与膨胀岩的接触面最小，且隧道的支护措施始终能够承载膨胀岩区域对于隧道的影响。

技术研发人员：支永辉,李涛,甲茨拉姆,徐正帅,董一初,李见刚,王征,蔡炜,曹肇金,谢欣,彭喜,孙乾磊
受保护的技术使用者：中铁开发投资集团有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23