本技術(shù)涉及隧道巖爆預(yù)測，特別是涉及一種深埋隧道巖爆預(yù)測方法、裝置、計算機設(shè)備和存儲介質(zhì)。

背景技術(shù)：

1、隨著經(jīng)濟社會發(fā)展和重大戰(zhàn)略需求，越來越多的隧道工程逐漸向中西部高原山區(qū)發(fā)展，同時對施工建設(shè)提出了更高的要求。在高原深埋隧道施工過程中，由于板塊構(gòu)造活躍、高海拔、隧道埋深大等影響，隧址區(qū)高地應(yīng)力特征明顯，容易誘發(fā)硬質(zhì)巖隧道巖爆災(zāi)害頻發(fā)，嚴重威脅施工人員生命安全，損害機械設(shè)備，同時影響施工進度，給施工建設(shè)帶來極大挑戰(zhàn)。

2、巖爆預(yù)測預(yù)報是隧道巖爆防控的重要一環(huán)，有效的巖爆預(yù)測是指導(dǎo)現(xiàn)場巖爆防控的關(guān)鍵。目前，巖爆預(yù)測方法主要有理論分析、數(shù)值模擬等，此外，微震監(jiān)測等現(xiàn)場監(jiān)測技術(shù)可為指導(dǎo)巖爆防控提供有效參考。然而目前理論分析或數(shù)值模擬方法大多在各種假設(shè)條件的基礎(chǔ)上展開隧道段落巖爆預(yù)測工作，受地質(zhì)條件變化、施工方法等影響，得到的巖爆預(yù)測結(jié)果往往與現(xiàn)場巖爆情況存在出入，巖爆預(yù)測精準度有待提高。而微震監(jiān)測等監(jiān)測方法耗時耗力，費用也較高，給工程造價會帶來一定的壓力。因此，如何結(jié)合現(xiàn)場施工情況，提出簡便有效的巖爆預(yù)測方法是必要的。

3、結(jié)合施工現(xiàn)場實際情況是準確預(yù)測巖爆的一種有效途徑。由于巖爆主要與地應(yīng)力、圍巖參數(shù)等因素有關(guān)，因此如何較為準確的獲取隧道地應(yīng)力場特征和圍巖參數(shù)是提高巖爆預(yù)測精度的關(guān)鍵。雖然室內(nèi)或現(xiàn)場試驗方法可以獲取較為準確的數(shù)據(jù)，但試驗方法往往費時費力，同時費用較高，且不可能對隧道全部施工段落都進行實時測試，會對巖爆預(yù)測精度和效率產(chǎn)生影響。因此，結(jié)合現(xiàn)場數(shù)據(jù)進行高效且精準的巖爆預(yù)測是很有必要的。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、基于此，有必要針對上述技術(shù)問題，提供一種深埋隧道巖爆預(yù)測方法、裝置、計算機設(shè)備和存儲介質(zhì)。該方法采用地應(yīng)力反演獲取隧址區(qū)三維地應(yīng)力場特征，然后結(jié)合現(xiàn)場試驗數(shù)據(jù)和監(jiān)測數(shù)據(jù)，采用粒子群算法優(yōu)化bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行反演獲取隧道圍巖參數(shù)，結(jié)合巖爆判據(jù)，對隧道巖爆等級進行預(yù)測分析，以期為深埋隧道巖爆預(yù)測預(yù)報提供參考，并指導(dǎo)現(xiàn)場巖爆防控施工。

2、一種深埋隧道巖爆預(yù)測方法，該方法包括：

3、根據(jù)獲取的隧址區(qū)工程地質(zhì)條件和現(xiàn)場地應(yīng)力測試結(jié)果，采用多元回歸法進行地應(yīng)力反演，得到隧址區(qū)地應(yīng)力場反演結(jié)果。

4、根據(jù)隧道真實的掌子面和圍巖情況、工程地質(zhì)條件、地應(yīng)力場特征、隧道圍巖測試數(shù)據(jù)以及相應(yīng)的開挖支護方法，建立隧道數(shù)值模擬模型。

5、根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)、圍巖測試數(shù)據(jù)以及隧道數(shù)值模擬模型，得到圍巖參數(shù)反演分析所需的數(shù)據(jù)集；根據(jù)數(shù)據(jù)集采用粒子群算法優(yōu)化bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，得到粒子群優(yōu)化的bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型；采用粒子群優(yōu)化的bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型對隧道圍巖參數(shù)進行反演，得到隧道各巖爆段的圍巖參數(shù)反演結(jié)果。

6、根據(jù)地應(yīng)力場反演結(jié)果和隧道已施工段各巖爆段的圍巖參數(shù)反演結(jié)果，建立適用于該隧道的巖爆判據(jù)。

7、對隧道當前施工段采用隧道數(shù)值模擬模型進行數(shù)值模擬，采用粒子群優(yōu)化的bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型進行圍巖參數(shù)反演，根據(jù)巖爆判據(jù)和得到的隧道當前施工段的圍巖參數(shù)反演結(jié)果，確定隧道當前施工段巖爆等級和發(fā)生概率。

8、在其中一個實施例中，根據(jù)獲取的隧址區(qū)工程地質(zhì)條件和現(xiàn)場地應(yīng)力測試結(jié)果，采用多元回歸法進行地應(yīng)力反演，得到隧址區(qū)地應(yīng)力場反演結(jié)果，包括：

9、根據(jù)工程地址勘察資料中的航拍數(shù)據(jù)、高程數(shù)據(jù)以及衛(wèi)星圖片，采用gis方法和有限元軟件建立隧址區(qū)三維精細化地質(zhì)拓撲模型。

10、根據(jù)現(xiàn)場地應(yīng)力測試結(jié)果及地質(zhì)力學(xué)分析結(jié)果，確定影響隧道初始地應(yīng)力場形成的主要因素，獲取該因素下已知測點應(yīng)力值。

11、根據(jù)已知測點應(yīng)力值和對應(yīng)的實測應(yīng)力值建立隧址區(qū)地應(yīng)力場反演多元回歸方程。

12、采用最小二乘法確定隧址區(qū)地應(yīng)力場反演多元回歸方程中的自變量系數(shù)的最優(yōu)解，然后采用隧址區(qū)地應(yīng)力場反演多元回歸方程確定隧址區(qū)的地應(yīng)力場反演結(jié)果。

13、根據(jù)地應(yīng)力場反演結(jié)果，確定隧道軸線最大主應(yīng)力、最小主應(yīng)力、中間主應(yīng)力的分布規(guī)律，通過坐標轉(zhuǎn)換得到隧道地應(yīng)力反演值和方向。

14、根據(jù)隧道地應(yīng)力反演值和地應(yīng)力實測結(jié)果之間的誤差與預(yù)設(shè)誤差閾值，不斷調(diào)整反演模型，保證反演模型的準確性。

15、在其中一個實施例中，根據(jù)隧道真實的掌子面和圍巖情況、工程地質(zhì)條件、地應(yīng)力場特征、隧道圍巖測試數(shù)據(jù)以及相應(yīng)的開挖支護方法，建立隧道數(shù)值模擬模型，包括：

16、根據(jù)隧道掌子面和圍巖情況、隧址區(qū)工程地質(zhì)條件、地應(yīng)力場特征、隧道圍巖測試數(shù)據(jù)及相應(yīng)的開挖支護方法，建立隧道數(shù)值模擬模型。

17、通過隧道數(shù)值模擬模型對隧道進行數(shù)值模擬，得到數(shù)值模擬結(jié)果；其中，數(shù)值模擬結(jié)果包括：隧道拱頂沉降、凈空收斂以及重點區(qū)域變形。

18、將數(shù)值模擬結(jié)果與實際監(jiān)測數(shù)據(jù)進行比較，驗證隧道數(shù)值模擬模型的準確性，如果數(shù)值模擬結(jié)果與實際監(jiān)測數(shù)據(jù)之間的誤差大于或等于預(yù)設(shè)閾值，則查明原因，不斷調(diào)整數(shù)值模型，以保證數(shù)值模型的可靠性。

19、在其中一個實施例中，根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)、圍巖測試數(shù)據(jù)以及隧道數(shù)值模擬模型，得到圍巖參數(shù)反演分析所需的數(shù)據(jù)集，包括：

20、根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)、圍巖測試數(shù)據(jù)以及隧道數(shù)值模擬模型，提取各巖爆段隧道圍巖參數(shù)。

21、將所有各巖爆段隧道圍巖參數(shù)組成用于圍巖參數(shù)反演分析所需的數(shù)據(jù)集。

22、在其中一個實施例中，根據(jù)數(shù)據(jù)集采用粒子群算法優(yōu)化bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，得到粒子群優(yōu)化的bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型；采用粒子群優(yōu)化的bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型對隧道圍巖參數(shù)進行反演，得到隧道各巖爆段的圍巖參數(shù)反演結(jié)果，包括：

23、選擇激活函數(shù)和損失函數(shù)，對bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的模型參數(shù)進行分析和優(yōu)化，得到bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的最優(yōu)結(jié)構(gòu)。

24、初始化參數(shù)，設(shè)置粒子數(shù)和迭代次數(shù)，并對變量數(shù)據(jù)進行歸一化和標準化。

25、構(gòu)建粒子群優(yōu)化的bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型，以預(yù)測模型的均方差mse作為粒子群適應(yīng)度指標，以均方差mse和擬合優(yōu)度r2作為預(yù)測精確度評估指標。

26、從數(shù)據(jù)集中隨機抽取20％的數(shù)據(jù)作為測試集，其余數(shù)據(jù)作為訓(xùn)練集。

27、將初始數(shù)據(jù)導(dǎo)入粒子群優(yōu)化的bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型，然后采用訓(xùn)練集對接粒子群優(yōu)化的bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型進行訓(xùn)練，采用測試集對訓(xùn)練后的粒子群優(yōu)化的bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型進行預(yù)測，并計算圍巖參數(shù)預(yù)測值、均方差mse，隨后將均方差mse返回至pso模型作為適應(yīng)度不斷更新參數(shù)組合(c,g)，直至完成迭代次數(shù)，得到粒子群優(yōu)化的bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型。

28、采用粒子群優(yōu)化的bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型對隧道圍巖參數(shù)進行反演，得到隧道各巖爆段的圍巖參數(shù)反演結(jié)果。

29、在其中一個實施例中，根據(jù)地應(yīng)力場反演結(jié)果和隧道已施工段各巖爆段的圍巖參數(shù)反演結(jié)果，建立適用于該隧道的巖爆判據(jù)，包括：

30、根據(jù)地應(yīng)力場反演結(jié)果和隧道已施工段各巖爆段的圍巖參數(shù)反演結(jié)果，建立該隧道已施工段落的巖爆等級與地應(yīng)力和圍巖參數(shù)之間的函數(shù)映射關(guān)系；或?qū)Ρ雀鲙r爆判據(jù)的預(yù)測結(jié)果與現(xiàn)場實際巖爆情況，選擇最適合該隧道的巖爆判據(jù)。

31、在其中一個實施例中，該方法還包括：根據(jù)隧道施工進度，基于不斷增加的現(xiàn)場監(jiān)測值和圍巖測試結(jié)果，不斷增加圍巖參數(shù)反演分析的樣本數(shù)量，提高圍巖反演精度，不斷優(yōu)化巖爆判據(jù)，提高巖爆預(yù)測精度。

32、一種深埋隧道巖爆預(yù)測裝置，該裝置包括：

33、地應(yīng)力場反演模塊，用于根據(jù)獲取的隧址區(qū)工程地質(zhì)條件和現(xiàn)場地應(yīng)力測試結(jié)果，采用多元回歸法進行地應(yīng)力反演，得到隧址區(qū)地應(yīng)力場反演結(jié)果。

34、隧道數(shù)值模擬模型建立模塊，用于根據(jù)隧道真實的掌子面和圍巖情況、工程地質(zhì)條件、地應(yīng)力場特征、隧道圍巖測試數(shù)據(jù)以及相應(yīng)的開挖支護方法，建立隧道數(shù)值模擬模型。

35、圍巖參數(shù)反演模塊，用于根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)、圍巖測試數(shù)據(jù)以及隧道數(shù)值模擬模型，得到圍巖參數(shù)反演分析所需的數(shù)據(jù)集；根據(jù)數(shù)據(jù)集采用粒子群算法優(yōu)化bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，得到粒子群優(yōu)化的bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型；采用粒子群優(yōu)化的bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型對隧道圍巖參數(shù)進行反演，得到隧道各巖爆段的圍巖參數(shù)反演結(jié)果。

36、巖爆判據(jù)構(gòu)建模塊，用于根據(jù)地應(yīng)力場反演結(jié)果和隧道已施工段各巖爆段的圍巖參數(shù)反演結(jié)果，建立適用于該隧道的巖爆判據(jù)。

37、深埋隧道巖爆預(yù)測模塊，用于對隧道當前施工段采用隧道數(shù)值模擬模型進行數(shù)值模擬，采用粒子群優(yōu)化的bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型進行圍巖參數(shù)反演，根據(jù)巖爆判據(jù)和得到的隧道當前施工段的圍巖參數(shù)反演結(jié)果，確定隧道當前施工段巖爆等級和發(fā)生概率。

38、一種計算機設(shè)備，包括存儲器和處理器，所述存儲器存儲有計算機程序，所述處理器執(zhí)行所述計算機程序時實現(xiàn)以下步驟：

39、根據(jù)獲取的隧址區(qū)工程地質(zhì)條件和現(xiàn)場地應(yīng)力測試結(jié)果，采用多元回歸法進行地應(yīng)力反演，得到隧址區(qū)地應(yīng)力場反演結(jié)果。

40、根據(jù)隧道真實的掌子面和圍巖情況、工程地質(zhì)條件、地應(yīng)力場特征、隧道圍巖測試數(shù)據(jù)以及相應(yīng)的開挖支護方法，建立隧道數(shù)值模擬模型。

41、根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)、圍巖測試數(shù)據(jù)以及隧道數(shù)值模擬模型，得到圍巖參數(shù)反演分析所需的數(shù)據(jù)集；根據(jù)數(shù)據(jù)集采用粒子群算法優(yōu)化bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，得到粒子群優(yōu)化的bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型；采用粒子群優(yōu)化的bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型對隧道圍巖參數(shù)進行反演，得到隧道各巖爆段的圍巖參數(shù)反演結(jié)果。

42、根據(jù)地應(yīng)力場反演結(jié)果和隧道已施工段各巖爆段的圍巖參數(shù)反演結(jié)果，建立適用于該隧道的巖爆判據(jù)。

43、對隧道當前施工段采用隧道數(shù)值模擬模型進行數(shù)值模擬，采用粒子群優(yōu)化的bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型進行圍巖參數(shù)反演，根據(jù)巖爆判據(jù)和得到的隧道當前施工段的圍巖參數(shù)反演結(jié)果，確定隧道當前施工段巖爆等級和發(fā)生概率。

44、一種計算機可讀存儲介質(zhì)，其上存儲有計算機程序，所述計算機程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)以下步驟：

45、根據(jù)獲取的隧址區(qū)工程地質(zhì)條件和現(xiàn)場地應(yīng)力測試結(jié)果，采用多元回歸法進行地應(yīng)力反演，得到隧址區(qū)地應(yīng)力場反演結(jié)果。

46、根據(jù)隧道真實的掌子面和圍巖情況、工程地質(zhì)條件、地應(yīng)力場特征、隧道圍巖測試數(shù)據(jù)以及相應(yīng)的開挖支護方法，建立隧道數(shù)值模擬模型。

47、根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)、圍巖測試數(shù)據(jù)以及隧道數(shù)值模擬模型，得到圍巖參數(shù)反演分析所需的數(shù)據(jù)集；根據(jù)數(shù)據(jù)集采用粒子群算法優(yōu)化bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，得到粒子群優(yōu)化的bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型；采用粒子群優(yōu)化的bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型對隧道圍巖參數(shù)進行反演，得到隧道各巖爆段的圍巖參數(shù)反演結(jié)果。

48、根據(jù)地應(yīng)力場反演結(jié)果和隧道已施工段各巖爆段的圍巖參數(shù)反演結(jié)果，建立適用于該隧道的巖爆判據(jù)。

49、對隧道當前施工段采用隧道數(shù)值模擬模型進行數(shù)值模擬，采用粒子群優(yōu)化的bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型進行圍巖參數(shù)反演，根據(jù)巖爆判據(jù)和得到的隧道當前施工段的圍巖參數(shù)反演結(jié)果，確定隧道當前施工段巖爆等級和發(fā)生概率。

50、上述深埋隧道巖爆預(yù)測方法、裝置、計算機設(shè)備和存儲介質(zhì)，該方法包括：獲取隧址區(qū)工程地質(zhì)條件，開展現(xiàn)場地應(yīng)力測試，采用多元回歸法進行地應(yīng)力反演；結(jié)合隧道實際情況，建立并優(yōu)化隧道數(shù)值模型；基于現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)、圍巖測試數(shù)據(jù)和數(shù)值模型，建立圍巖參數(shù)反演分析數(shù)據(jù)集，采用粒子群算法優(yōu)化bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對圍巖參數(shù)進行反演，提高圍巖參數(shù)反演精度和效率；對隧道當前施工段開展數(shù)值模擬和圍巖參數(shù)反演，采用巖爆判據(jù)對當前施工段潛在巖爆風(fēng)險進行分析，判斷當前施工段巖爆等級和發(fā)生概率。本方法緊密結(jié)合隧道現(xiàn)場施工段實際情況，提高了巖爆預(yù)測準確性；在保證預(yù)測準確性的前提下，大量節(jié)省工程費用，為巖爆預(yù)測和現(xiàn)場施工提供參考。