一种判别运营隧道二次衬砌结构安全状态的方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及二次衬砌结构安全的技术领域，具体涉及一种判别运营隧道二次衬砌结构安全状态的方法及系统。通过获取运营隧道二次衬砌的多个工况，各工况由影响二次衬砌结构安全状态的环境因素、隧道因素和二次衬砌自身因素组成；根据各工况进行有限元模拟，获取二次衬砌的数据库；根据数据库建立二次衬砌结构安全参数预测模型；利用二次衬砌安全参数预测模型获取二次衬砌的安全参数预测值；根据安全参数预测值获取二次衬砌结构的安全状态，可极大地提高判别效率，同时将影响到二次衬砌安全状态的主要影响因素考虑在内，这样建立的二次衬砌计算工况更加贴合二次衬砌的真实境况，从而能够构建更加准确地二次衬砌安全参数预测模型，提高判别的准确率。高判别的准确率。高判别的准确率。

【技术实现步骤摘要】
一种判别运营隧道二次衬砌结构安全状态的方法及系统


[0001]本专利技术涉及二次衬砌结构安全的
，具体涉及一种判别运营隧道二次衬砌结构安全状态的方法及系统。

技术介绍

[0002]隧道具有改善公路技术状态、缩短运行距离、提高运输能力、减少事故等重要作用，因此常用于交通基础设施中。我国交通设施非常多，隧道应用也十分普遍。考虑到隧道在长期的运营期间锚杆钢筋锈蚀，围岩松弛区逐渐压密，初期支护质量不稳定等因素，通常需要增加二次衬砌以增加支护衬砌的安全度。二次衬砌是确保隧道结构安全的主要屏障，因而掌握衬砌结构的安全状态在一定程度上可以确保隧道安全运营。
[0003]目前我国已投入运营的隧道随着运营年限的增加，受到诸如车辆动载、隧道周围环境变化、设施老化、隧道地表沉降等因素，使得二次衬砌表面开始逐渐产生裂缝、渗漏水以及脱落等病害，从而影响隧道运营安全。以往判别衬砌状态，主要是通过建立二次衬砌的建筑模型、现场实验、现场监测等手段，所需要的人力财力需求较大，且耗费的时间长。如何快速判别隧道二次衬砌的安全状态，是目前需要解决的难题。

技术实现思路

[0004]针对现有技术存在的不足，本专利技术提出一种判别运营隧道二次衬砌结构安全状态的方法及系统，提高判别效率。
[0005]第一方面，本专利技术提供一种判别运营隧道二次衬砌结构安全状态的方法。
[0006]在第一种可实现方式中，一种判别运营隧道二次衬砌结构安全状态的方法，包括：
[0007]获取运营隧道二次衬砌的多个工况，各工况由影响二次衬砌安全状态的环境因素、隧道因素和二次衬砌自身因素组成；
[0008]根据各工况进行有限元模拟，获取二次衬砌的数据库；
[0009]根据数据库建立二次衬砌安全参数预测模型；
[0010]利用二次衬砌安全参数预测模型获取二次衬砌的安全参数预测值；
[0011]根据安全参数预测值获取二次衬砌的安全状态。
[0012]结合第一种可实现方式，在第二种可实现方式中，获取运营隧道二次衬砌的多个工况，包括：
[0013]获取运营隧道中影响二次衬砌安全状态的环境因素、隧道因素和二次衬砌自身因素，环境因素包括水压力值，隧道因素包括围岩等级、隧道埋深数据和隧道参数、注浆圈数据，二次衬砌自身因素包括二次衬砌混凝土强度等级和二次衬砌厚度；
[0014]对各影响因素进行随机组合，获取二次衬砌的多个工况。
[0015]结合第一种可实现方式，在第三种可实现方式中，根据各工况进行有限元模拟，获取二次衬砌的数据库，包括：
[0016]建立二次衬砌的有限元模型；
[0017]基于各工况对有限元模型进行更新，获得各工况对应的二次衬砌安全参数模拟值，二次衬砌安全参数模拟值包括衬砌结构竖向位移模拟值和应力模拟值；
[0018]根据各工况及其对应的二次衬砌安全参数模拟值建立数据库。
[0019]结合第三种可实现方式，在第四种可实现方式中，根据数据库建立二次衬砌安全参数预测模型，包括：
[0020]根据数据库构建训练集和测试集；
[0021]利用机器学习算法对训练集进行拟合，获得备选二次衬砌安全参数预测模型；
[0022]根据测试集对备选二次衬砌安全参数预测模型进行测试，获得二次衬砌安全参数预测模型，二次衬砌安全参数预测模型包括二次衬砌的位移预测模型和二次衬砌的主应力预测模型。
[0023]结合第四种可实现方式，在第五种可实现方式中，还包括：
[0024]确定超参数的范围；
[0025]在超参数范围内获取最佳超参数组合；
[0026]采用最佳超参数组合对二次衬砌安全参数预测模型进行优化。
[0027]结合第一种可实现方式，在第六种可实现方式中，利用二次衬砌安全参数预测模型获取二次衬砌的安全参数预测值，包括：
[0028]获取二次衬砌的影响因素输入值；
[0029]将影响因素输入值输入二次衬砌安全参数预测模型中，获得二次衬砌的安全参数预测值。
[0030]结合第一种可实现方式，在第七种可实现方式中，根据安全参数预测值获取二次衬砌的安全状态，包括：
[0031]根据安全参数预测值获取二次衬砌的安全等级；
[0032]根据二次衬砌的安全等级获取二次衬砌的安全状态。
[0033]结合第七种可实现方式，在第八种可实现方式中，根据安全参数预测值获取二次衬砌的安全等级，包括：
[0034]按照预设的安全等级表对二次衬砌的安全参数预测值进行查找，获得二次衬砌的安全参数预测值对应的安全等级；预设的安全等级表中存储有二次衬砌的安全参数预测值和安全等级之间的一一对应关系。
[0035]在第九种可实现方式中，一种判别运营隧道二次衬砌结构安全状态的系统，基于上述的一种判别运营隧道二次衬砌结构安全状态的方法，包括：
[0036]输入模块，被配置为输入二次衬砌的多个影响因素；
[0037]计算模块，被配置为将各影响因素输入二次衬砌安全参数预测模型，获得二次衬砌安全参数预测值，根据二次衬砌安全参数预测值获取二次衬砌结构的安全状态；
[0038]输出模块，被配置为输出二次衬砌结构的安全状态。
[0039]由上述技术方案可知，本专利技术的有益技术效果如下：
[0040]1.利用有限元模型计算结果建立数据集，进而构建二次衬砌安全参数预测模型；利用二次衬砌安全参数预测模型获取二次衬砌的安全参数预测值，从而能够根据安全参数预测值获取二次衬砌的安全状态。这样，不需要现场人工实验，人工监测，节省人力物力，且在构建好二次衬砌安全参数预测模型之后，使用二次衬砌安全参数预测模型获取安全参数
预测值，不需要再建立二次衬砌的分析模型，可以根据二次衬砌的安全状态快速获取二次衬砌的安全状态，极大地提高了判别效率。
[0041]2.利用围岩等级、隧道埋深数据、隧道参数、注浆圈数据、二次衬砌混凝土强度等级、二次衬砌厚度和水压力值这些影响因素构建二次衬砌的工况，进而根据二次衬砌的工况完成二次衬砌安全参数预测模型的构建，最终利用构建的二次衬砌安全参数预测模型进行二次衬砌的安全状态判别。这样，将影响到二次衬砌安全状态的主要因素考虑在内，这样建立的二次衬砌工况更加贴合二次衬砌的真实境况，从而能够构建更加准确地二次衬砌安全参数预测模型，提高判别的准确率。
附图说明
[0042]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
[0043]图1为本实施例提供的一种判别运营隧道二次衬砌结构安全状态的方法的示意图；
[0044]图2为本实施例提供的二次衬砌的有限元模型；
[0045]图3为本实施例提供的二次衬砌的竖向位移云图；
[0046]图4为本实施例提供的二次衬砌的最大主本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种判别运营隧道二次衬砌结构安全状态的方法，其特征在于，包括：获取运营隧道二次衬砌的多个工况，各所述工况由影响二次衬砌安全状态的环境因素、隧道因素和二次衬砌自身因素组成；根据各工况进行有限元模拟，获取二次衬砌的数据库；根据所述数据库建立二次衬砌安全参数预测模型；利用二次衬砌安全参数预测模型获取二次衬砌的安全参数预测值；根据所述安全参数预测值获取二次衬砌的安全状态。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，获取运营隧道二次衬砌的多个工况，包括：获取运营隧道中影响二次衬砌安全状态的环境因素、隧道因素和二次衬砌自身因素，所述环境因素包括水压力值，所述隧道因素包括围岩等级、隧道埋深数据和隧道参数、注浆圈数据，所述二次衬砌自身因素包括二次衬砌混凝土强度等级和二次衬砌厚度；对各影响因素进行随机组合，获取二次衬砌的多个工况。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据各工况进行有限元模拟，获取二次衬砌的数据库，包括：建立二次衬砌的有限元模型；基于各工况对有限元模型进行更新，获得各工况对应的二次衬砌安全参数模拟值，所述二次衬砌安全参数模拟值包括衬砌结构竖向位移模拟值和应力模拟值；根据各工况及其对应的二次衬砌安全参数模拟值建立数据库。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，根据所述数据库建立二次衬砌安全参数预测模型，包括：根据所述数据库构建训练集和测试集；利用机器学习算法对训练集进行拟合，获得备选二次衬砌安全参数预测模型；根据测试集对备选二次衬砌安全参数预测模型进行测试，获得二次衬砌安全参数预测模型，二次...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭鸿雁，李科，梁肖，丁浩，须民健，廖志鹏，曹鹏，胡居义，江星宏，
申请(专利权)人：重庆大学重庆交通大学，
类型：发明
国别省市：