【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于隧道监测预警领域，具体涉及一种基于支护变形特性的隧道围岩分区分级智能监测预警方法及系统。
技术介绍
1、在山区修建公路会不可避免地需要开挖隧道，隧道开挖后，由于初始地应力场的应力释放以及周边复杂的地质环境等原因，隧道在施工过程会引起围岩和支护结构产生各种形态的变形，当变形超过一定范围时，就会造成隧道崩塌或不稳定等情况的发生，因此对隧道施工过程进行及时地监测并提出合理的围岩变形预警基准对提高安全有重大意义。
2、在隧道变形监测预警领域，各类监测手段与预警方法也相继被提出。中国专利申请cn117190900b公开了一种隧道围岩变形监测方法，该专利技术通过对多个历史时刻和当前时刻的围岩图像进行连续采集和处理，避免隧道昏暗环境对采集图像亮度的影响，提高监测准确率；中国专利申请cn112254660b公开了一种隧道智能监控量测信息集成与预警系统，该专利技术利用计算机视觉的监测技术以及分布式光纤监测技术，解决了人工采用传统方法进行监测产生的一系列问题，并建立基于计算机视觉的洞口边坡变形监测方法，代替人工量测监控的方法，并能实现自动预警。然而上述方法仅是对隧道变形监测技术手段进行了提高，使得监测结果的获得更加精确，但是监测的内容无太多变化，预警标准较为单一、不够精细，最终的监测预警结果仍是被动的、不准确的。同时若采用人为监测分析的话，不仅会由于人为因素造成数据监测不准确，同时耗费时间较长降低施工效率，预警不及时等问题。隧道施工是一个动态的过程，在隧道施工过程中可以分为未支护段、围岩-支护变形段和围岩-支护变形稳定段，
3、因此现有技术需要一种提高隧道变形监测精细化预警的方法，并且需要一种针对围岩支护变形关系的隧道智能监测与分级预警方法，来提高隧道变形监测预警的及时性、准确性。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本专利技术提出了一种基于支护变形特性的隧道围岩分区分级智能监测预警方法及系统，根据围岩支护变形特征建立分级预警标准，采用智能化方法可以有效解决隧道监测预警不准确、不及时问题，为隧道精细化智能预警技术的研究以及工程应用提供新的思路，降低隧道施工安全风险。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
3、一种基于支护变形特性的隧道围岩分区分级智能监测预警方法，包括以下步骤：
4、s1：获取隧道开挖段所处岩层的物理力学参数，其中，所述物理力学参数包括：弹性模量em、剪切模量gm、泊松比μ、完整岩石的单轴抗压强度σci以及围岩初始应力为σ0；
5、s2：基于所述物理力学参数，根据隧道围岩响应特性，绘制围岩-支护相互作用曲线；
6、s3：结合所述围岩-支护相互作用曲线，对隧道施工围岩变形特征进行区域划分，确定不同变形区域的预警阈值和各划分区域的分级预警标准；
7、s4：在隧道周边设置多个监测点，获取隧道实时变形信息，基于cnn-lstm网络，对监测点变形特征进行智能分类，自动划分出不同变形区域；将区域监测点变形信息与该区域预警标准进行对比，判断预警等级并发送预警信号。
8、优选的，所述s2中，基于所述物理力学参数，根据隧道围岩响应特性，绘制围岩-支护相互作用曲线的方法包括：
9、s21：根据弹塑性理论，绘制围岩特征曲线；
10、s22：绘制支护特征曲线；
11、s23：根据所述围岩特征曲线和所述支护特征曲线，绘制围岩-支护相互作用曲线；
12、其中，绘制围岩特征曲线的计算公式为：其中为围岩塑性位移，rpl为塑性区半径，μ为泊松比，picr为最小支护力，r为圆形隧道半径；
13、绘制支护特征曲线的计算公式为：pcom＝kcomucom，其中pcom为组合支护结构的抗力；ucom为组合支护结构变形；kcom为组合支护结构总刚度；
14、绘制围岩-支护相互作用曲线的计算公式为：其中u0为隧道开挖未施加支护时的围岩变形；为无支护条件下的围岩最大变形量，r为圆形隧道半径，l为开挖后未安装支护结构的隧道段距开挖面的距离。
15、优选的，所述s3中，结合所述围岩-支护相互作用曲线，对隧道施工围岩变形特征进行区域划分，确定不同变形区域的预警阈值和各划分区域的分级预警标准的方法包括：
16、s31：分析围岩-支护相互作用曲线特征，将隧道施工过程的围岩变形划分成三个区域，即围岩开挖未支护段、围岩支护相互作用段、围岩支护变形稳定段；
17、s32：针对不同的划分区域，以围岩变形量与变形速率为变形指标，建立各区域预警阈值与预警标准；其中，各区域围岩变形量以u0、ucom、unorm为判断标准，变形速率以1mm/d为判断标准；其中，u0作为隧道开挖未施加支护时的围岩变形预警阈值；ucom作为围岩与支护结构相互作用过程的围岩变形预警阈值；unorm作为围岩支护变形稳定区域的围岩变形预警阈值。
18、优选的，所述s4中，在隧道周边设置多个监测点，获取隧道实时变形信息，基于cnn-lstm网络，对监测点变形特征进行智能分类，自动划分出不同变形区域；将区域监测点变形信息与该区域预警标准进行对比，判断预警等级并发送预警信号的方法包括：
19、s41：在隧道顶部设置多个监测点传感器收集变形信息，将监测点依次进行编号，记为{y1，y2，y3......yn}；
20、s42：在隧道内部安装移动式智能检测预警探测装置，收集监测点传感器传送的变形信息；
21、s43：使用二维卷积神经网络cnn与长短期记忆网络lstm相结合算法，对隧道监测点的变形信息进行智能分类，划分出所述s31的三个区域，各区域监测点数量分别为{y1，y2，y3....ym}，{ym+1，ym+2，ym+s....yk}，{yk+1，yk+2，yk+3....yn}，根据各区域预警标准对监测点的变形信息进行判断；
22、s44：发送不同等级的预警信号通知施工人员，采取相关措施。
23、本专利技术还提供了一种基于支护变形特性的隧道围岩分区分级智能监测预警系统，包括：参数获取模块、曲线绘制模块、区域划分模块和预警模块；
24、所述参数获取模块用于获取隧道开挖段所处岩层的物理力学参数，其中，所述物理力学参数包括：弹性模量em、剪切模量gm、泊松比μ、完整岩石的单轴抗压强度σci以及围岩初始应力为σ0；
25、所述曲线绘制模块用于基于所述物理力学参数，根据隧道围岩响应特性，绘制围岩-支护相互作用曲线；
26、所述区域划分模块用于结合所述围岩-支护相互作用曲线，对隧道施工围岩变形特征进行区域划分，确定不同变形区域的预警阈值和各划分区域的分级预警标准；
27、所述预警模块用于在隧道周边设置多个监测点，获取隧道实时变形信息，基于cnn-lstm网络，对监测点变形特征进行智能分类，自动划分出不同变形区域；将区域监测点变形本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于支护变形特性的隧道围岩分区分级智能监测预警方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于支护变形特性的隧道围岩分区分级智能监测预警方法，其特征在于，所述S2中，基于所述物理力学参数，根据隧道围岩响应特性，绘制围岩-支护相互作用曲线的方法包括：
3.根据权利要求1所述的基于支护变形特性的隧道围岩分区分级智能监测预警方法，其特征在于，所述S3中，结合所述围岩-支护相互作用曲线，对隧道施工围岩变形特征进行区域划分，确定不同变形区域的预警阈值和各划分区域的分级预警标准的方法包括：
4.根据权利要求3所述的基于支护变形特性的隧道围岩分区分级智能监测预警方法，其特征在于，所述S4中，在隧道周边设置多个监测点，获取隧道实时变形信息，基于CNN-LSTM网络，对监测点变形特征进行智能分类，自动划分出不同变形区域；将区域监测点变形信息与该区域预警标准进行对比，判断预警等级并发送预警信号的方法包括：
5.一种基于支护变形特性的隧道围岩分区分级智能监测预警系统，其特征在于，包括：参数获取模块、曲线绘制模块、区域划分模块和预警模
6.根据权利要求5所述的基于支护变形特性的隧道围岩分区分级智能监测预警系统，其特征在于，所述曲线绘制模块包括：围岩特征曲线绘制单元、支护特征曲线绘制单元和围岩-支护相互作用曲线绘制单元；
7.根据权利要求5所述的基于支护变形特性的隧道围岩分区分级智能监测预警系统，其特征在于，所述区域划分模块包括：区域划分单元和指标建立单元；
8.根据权利要求7所述的基于支护变形特性的隧道围岩分区分级智能监测预警系统，其特征在于，所述预警模块包括：监测点编号单元、变形信息收集单元、判断单元和通知单元；
...【技术特征摘要】
1.一种基于支护变形特性的隧道围岩分区分级智能监测预警方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于支护变形特性的隧道围岩分区分级智能监测预警方法，其特征在于，所述s2中，基于所述物理力学参数，根据隧道围岩响应特性，绘制围岩-支护相互作用曲线的方法包括：
3.根据权利要求1所述的基于支护变形特性的隧道围岩分区分级智能监测预警方法，其特征在于，所述s3中，结合所述围岩-支护相互作用曲线，对隧道施工围岩变形特征进行区域划分，确定不同变形区域的预警阈值和各划分区域的分级预警标准的方法包括：
4.根据权利要求3所述的基于支护变形特性的隧道围岩分区分级智能监测预警方法，其特征在于，所述s4中，在隧道周边设置多个监测点，获取隧道实时变形信息，基于cnn-lstm网络，对监测点变形特征进行智能分类，自动划分出不同变...
【专利技术属性】
技术研发人员：潘荣建，李洋溢，焦文灿，邵羽，陈川，唐正辉，赖增伟，刘先林，李弈杉，李明智，覃子轩，韩琳琳，吕玺琳，曾宇，张海，
申请(专利权)人：广西新发展交通集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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