基于地化特征随钻感知的隧道超前地质预报方法及系统技术方案

本公开提供了一种基于地化特征随钻感知的隧道超前地质预报方法及系统，包括：对若干预设孔位进行超前钻探；钻进过程中阶段性的对每个孔位获取的岩石样本进行收集；对收集的岩石样本进行地球化学测试，获得不同孔位岩石样本的地化特征；基于阶段性获取的岩石样本位置信息及地化特征，通过数据拟合及空间插值方法获得隧道掌子面前方地质的三维网格模型；基于三维网格模型及局部奇异性分析方法，确定三维网格中的异常区域，实现隧道超前地质的预报。所述方案基于多个超前钻孔的岩石样本，结合不同分段岩石样本的地化特征数据及位置信息，构建隧道掌子面前方地质的三维网格模型，通过确定三维网格模型中的异常区域，实现隧道超前地质的精确预报。质的精确预报。质的精确预报。

【技术实现步骤摘要】
基于地化特征随钻感知的隧道超前地质预报方法及系统


[0001]本公开属于隧道超前地质预报
，尤其涉及一种基于地化特征随钻感知的隧道超前地质预报方法及系统。

技术介绍

[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。
[0003]隧道施工常常遭遇诸多不良地质现象，进而造成突涌水、塌方卡机等，引发安全问题，拖缓施工进度。国内外对隧道掌子面前方地质情况的超前探测与识别分析十分重视，由此发展出了地质分析法、超前钻探法、地球物理探测法(包括地震波法、地质雷达法、直流电法法、瞬变电磁法)等主要的隧道内超前地质预报方法。
[0004]专利技术人发现，传统地质分析法属于宏观定性的预报方法，虽具有不干扰施工，适用性广的优点，但很难做出具体精确的预报；超前钻探法虽可直接揭露隧道掌子面前方地质信息，但往往存在“一孔之见”的固有问题(即仅利用一个采样孔来判断隧道掌子面前方的地质信息是不完全可靠的)；物探法是以前方破碎岩体或含水体等地质介质的某一物理性质(如弹性性质、导电性质、导热性质等)存在差异为基础的探测方法，虽具有探测范围广，探测距离远的优点，但探测结果的多解性对预报结果的准确性具有较大影响。

技术实现思路

[0005]本公开为了解决上述问题，提供了一种基于地化特征随钻感知的隧道超前地质预报方法及系统，所述方案基于多个超前钻孔的岩石样本，结合不同分段岩石样本的地化特征数据及位置信息，构建隧道掌子面前方地化信息的三维模型，通过确定三维模型中的异常区域，实现隧道超前地质的直观展示以及精确预报。
[0006]根据一些实施例，本公开采用如下技术方案：
[0007]一种基于地化特征随钻感知的隧道超前地质预报方法，包括：
[0008]对隧道掌子面的若干预设孔位进行超前钻探；
[0009]钻进过程中阶段性地对每个孔位获取的岩块或岩渣样本进行收集；
[0010]对收集的岩块或岩渣样本进行地球化学测试，获得不同孔位岩块或岩渣样本的地化特征；
[0011]基于阶段性获取的岩石样本位置信息及地化特征，构建隧道掌子面前方地质的三维网格模型；
[0012]基于所述三维网格模型及局部奇异性分析方法，确定三维网格模型中的异常区域，实现隧道掌子面前方不良地质的超前预报。
[0013]作为可选择的实施方式，所述三维网格模型的构建采用数据拟合及空间插值的方法。
[0014]作为可选择的实施方式，所述方法的实施需预先构建隧道空间坐标系，其包括但
不限于直角坐标系、极坐标系或柱坐标系。
[0015]作为可选择的实施方式，对若干预设孔位进行超前钻探时，预设孔位数量不小于3个。
[0016]作为可选择的实施方式，所述阶段性的对每个孔位获取的岩石样本进行收集，其收集方式包括但不限于等距收集或等时收集或两种方式交叉收集。
[0017]作为可选择的实施方式，所述地球化学测试采用的设备包括但不限于便携式X射线荧光光谱仪、便携式X射线衍射仪或便携式拉曼光谱仪。
[0018]根据本公开实施例的第二个方面，提供了一种基于地化特征随钻感知的隧道超前地质预报系统，包括：
[0019]钻进单元，其用于对隧道掌子面的若干预设孔位进行超前钻探；
[0020]岩石样本收集单元，其用于钻进过程中阶段性的对每个孔位获取的岩石样本进行收集；
[0021]地球化学测试单元，其用于对收集的岩石样本进行地球化学测试，获得不同孔位岩石样本的地化特征；
[0022]三维模型构建单元，其用于基于阶段性获取的岩石样本位置信息及地化特征，构建隧道掌子面前方地质的三维网格模型；
[0023]超前地质预报单元，其用于基于所述三维网格模型及局部奇异性分析方法，确定三维网格模型中的异常区域，实现隧道超前地质的预报。
[0024]根据本公开实施例的第三个方面，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运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如下步骤：
[0025]基于阶段性获取的岩石样本位置信息及地球化学特征，构建隧道掌子面前方地化信息的三维网格模型；
[0026]基于所述三维网格模型及局部奇异性分析方法，确定三维网格模型中的异常区域，实现隧道超前地质预报。
[0027]根据本公开实施例的第四个方面，提供了一种非暂态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下步骤：
[0028]基于阶段性获取的岩石样本位置信息及地球化学特征，构建隧道掌子面前方地质的三维网格模型；
[0029]基于所述三维网格模型及局部奇异性分析方法，确定三维网格模型中的异常区域，实现隧道超前地质预报。
[0030]与现有技术相比，本公开的有益效果是：
[0031](1)本公开所述方案提供了一种基于地化特征随钻感知的隧道超前地质预报方法及系统，所述方案基于多个超前钻孔的岩石样本，结合不同分段岩石样本的地化特征数据及位置信息，构建隧道掌子面前方地质的三维网格模型，通过确定三维网格模型中的异常区域，实现隧道超前地质的预报；一方面，所述方案改善了传统钻探法进行超前预报“一孔之见”的缺点；另一方面，利用地球化学特征中的属性异常进行超前预报，使钻孔地质分析更加定量化，精确度更高。
[0032](2)本公开所述方案构建的隧道掌子面前方地质模型，其地化特征数据可沿隧道掘进方向连续地可视化展示，使岩体地化特征分布情况更为直观。
[0033](3)本公开所述方案通过调整超前钻孔数量以及插值密度能够对预报的精度进行调整，能够适应不同的需求，具有较强的鲁棒性。
[0034]本公开附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本公开的实践了解到。
附图说明
[0035]构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。
[0036]图1为本公开实施例一中所述的基于地化特征随钻感知的隧道超前地质预报方法流程图；
[0037]图2为本公开实施例一中所述的隧道空间直角坐标系示意图；
[0038]图3为本公开实施例一中所述的隧道掌子面前方地质的三维网格模型示意图；
[0039]图4(a)为本公开实施例一中所述的隧道底板截面异常圈定结果示意图(以Si元素为例)；
[0040]图4(b)为本公开实施例一中所述的隧道底板截面异常圈定结果示意图(以绿泥石矿物为例)。
具体实施方式
[0041]下面结合附图与实施例对本公开做进一步说明。
[0042]应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0043]需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于地化特征随钻感知的隧道超前地质预报方法，其特征在于，包括：对隧道掌子面的若干预设孔位进行超前钻探；钻进过程中阶段性的对每个孔位获取的岩石样本进行收集；对收集的岩石样本进行地球化学测试，获得不同孔位岩石样本的地化特征；基于阶段性获取的岩石样本位置信息及地化特征，构建隧道掌子面前方地质的三维网格模型；基于所述三维网格模型及局部奇异性分析方法，确定三维网格模型中的异常区域，实现隧道超前地质的预报。2.如权利要求1所述的基于地化特征随钻感知的隧道超前地质预报方法，其特征在于，所述三维网格模型的构建采用数据拟合及空间插值的方法。3.如权利要求1所述的基于地化特征随钻感知的隧道超前地质预报方法，其特征在于，所述方法的实施需预先构建隧道空间坐标系，其包括但不限于直角坐标系、极坐标系或柱坐标系。4.如权利要求1所述的基于地化特征随钻感知的隧道超前地质预报方法，其特征在于，对若干预设孔位进行超前钻探时，预设孔位数量不小于3个。5.如权利要求1所述的基于地化特征随钻感知的隧道超前地质预报方法，其特征在于，所述阶段性的对每个孔位获取的岩石样本进行收集，其收集方式包括但不限于等距收集或等时收集或两种方式交叉收集。6.如权利要求1所述的基于地化特征随钻感知的隧道超前地质预报方法，其特征在于，所述地球化学测试采用的设备包括但不限于便携式X射线荧光光谱仪、便携式X射线衍射仪或便携式拉曼光谱仪。7.如权利要求1所述的基于地化特征随钻感知的隧道超前地质预报方法，其特征在于，所述实现隧道超前地质的预...

【专利技术属性】
技术研发人员：李术才，刘福民，许振浩，韩涛，许广璐，王朝阳，林鹏，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：