一种基于GIS框架的深埋超长隧道岩爆风险评估方法与流程

本发明涉及隧道施工技术领域，具体是一种基于gis框架的深埋超长隧道岩爆风险评估方法。

背景技术：

隧道是埋置于地层内的工程建筑物，是人类利用地下空间的一种形式。隧道可分为交通隧道、水工隧道、市政隧道、矿山隧道。根据埋深将隧道划分为深埋隧道和浅埋隧道两大类。

川藏铁路工程以深埋长隧道为主，长度以几十公里计，如色季拉山隧道（38km）、鲁朗隧道（14km）、拉月隧道（31km）、通麦隧道（近12.4km）和易贡隧道（近42.5km）。对于此类长或超长隧道而言，取百米分段长度来开展评估工作来计算，如色季拉山隧道总长度为38km，岩爆风险评估时需要380个区段。可见，岩爆风险评估工作尤为繁重，迫切需要一种简便快捷且多因素综合的岩爆风险评估方法。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于gis框架的深埋超长隧道岩爆风险评估方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于gis框架的深埋超长隧道岩爆风险评估方法，包括以下步骤：

s1，岩爆评估分区，依据待评估的深埋超长隧道所处区域的岩性、围岩类别以及地质构造，将待评估的深埋超长隧道沿线划分为若干个隧道评估区段；

s2，岩爆控制因素识别，

识别对应隧道评估区段的岩爆发生以及岩爆等级的控制因素，该控制因素包括对应隧道评估区段的地应力场条件、岩石强度和地质构造；

s3，岩爆类型判别，构建网络模型，将步骤s2所得的岩爆控制因素作为输入信息，岩爆类型作为输出信息，获得对应隧道评估区段的岩爆类型；

s4，岩爆等级评估，依据步骤s3所得的岩爆类型，使用相应岩爆等级评估方法来确定岩爆等级；

s5，之后将岩爆评估分区、岩爆类型判别以及岩爆等级评估的结果输入至gis框架内，由gis框架以图元数据和空间属性形式综合表征上述结果。

作为本发明进一步的方案：步骤s1中，隧道评估区段划分好后，根据岩石岩爆倾向性、围岩类别对不满足岩爆发生条件的隧道评估区段进行剔除。

作为本发明再进一步的方案：步骤s2中，地应力场条件包括地应力场量值和方向，岩石强度包括不同岩性岩石的强度和变形参数；地质构造包括地质构造发育位置及其影响范围。

作为本发明再进一步的方案：步骤s3中，所述网络模型为神经网络模型或贝叶斯网络模型。

作为本发明再进一步的方案：所述岩爆等级评估方法包括岩石强度应力比法、岩石应力强度比法和rvi指标法。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：该方法核心思想是将岩爆评估工作对象与数据信息转化为gis的图元数据，由gis空间数据库统一管理，可以以几何图形形式加以展示；将传统岩爆评估方法与gis空间数据分析方法相结合，可实现科学的对超长隧道岩爆评估信息的高效信息查询、计算和分析。

附图说明

图1为一种基于gis框架的深埋超长隧道岩爆风险评估方法的流程图。

图2为一种基于gis框架的深埋超长隧道岩爆风险评估方法中的岩爆类型判别的流程图。

图3为一种基于gis框架的深埋超长隧道岩爆风险评估方法中岩性条件的表示图。

图4为一种基于gis框架的深埋超长隧道岩爆风险评估方法中围岩类别的表示图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本实施例公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。

实施例1

请参阅图1～2，本发明实施例中，一种基于gis框架的深埋超长隧道岩爆风险评估方法，包括以下步骤：

s1，岩爆评估分区，依据待评估的深埋超长隧道所处区域的岩性、围岩类别以及地质构造，将待评估的深埋超长隧道沿线划分为若干个隧道评估区段，并且根据岩石岩爆倾向性、围岩类别对不满足岩爆发生条件的隧道评估区段进行剔除，后续岩爆风险评估工作以划分的岩爆评估区段为基础，被剔除的隧道评估区段，后续岩爆风险评估工作将不会在该区段内开展，其岩爆等级为“无岩爆”或者“0”，需要指出的是，被剔除的隧道评估区段虽然不存在或岩爆发生可能性极低，不意味着该区域不能够发生高应力类型的隧道围岩失稳现象，有可能发生应力型塌方、大变形和超深损伤区等围岩破坏现象；

s2，岩爆控制因素识别，识别对应隧道评估区段的岩爆发生以及岩爆等级的控制因素，该控制因素包括对应隧道评估区段的地应力场条件、岩石（体）强度和地质构造（如断层、褶皱、结构面组）等。由于岩爆风险的评估是在实际隧道施工前，所以现阶段岩爆控制因素识别只针对岩石力学条件和工程地质条件，忽略只有在施工期才能明确的开挖条件、支护条件等，岩爆控制因素的识别工作重点是明确隧道沿线不同岩性岩石的强度和变形参数、地应力场量值和方向以及地质构造发育位置及其影响范围等。

s3，岩爆类型判别，构建网络模型，将步骤s2所得的岩爆控制因素作为输入信息，岩爆类型作为输出信息，获得对应隧道评估区段的岩爆类型。

根据大量水电工程引水隧洞、铁路隧道工程案例总结发现，对于线性隧道工程，最主要的岩爆类型有两种：（1）应变型岩爆；（2）断裂型岩爆。

其中，应变型岩爆最为常见，占隧道工程岩爆灾害类型的80～90%以上。断裂型岩爆相对较少，通常发育在断层构造影响带或iv、v级硬性结构面附近，但岩爆等级相对应变型岩爆要高得多，造成的工程损失更严重。为了识别隧道可能发生的岩爆类型，构建岩爆类型判别神经网络或bayesian（贝叶斯）网络模型，基于工程岩体质量评价、岩体结构识别、潜在岩爆震源分析和施工方法评判等确定岩爆类型控制因素，并作为上述网络模型的输入信息，最终输出岩爆类型，如应变型、结构滑移型、岩柱型、断裂型等以及不同类型的震源破坏类型，如岩体断裂应变能释放或远程动力激发等。

s4，岩爆等级评估，依据步骤s3所得的岩爆类型，使用相应岩爆等级评估方法来确定岩爆等级。

岩爆风险评估的主要内容是潜在岩爆位置和岩爆等级，但对隧洞沿线而言，位置是由步骤s1的岩爆评估分区来划定的，在步骤s3确定岩爆等级后，不同岩爆等级在隧洞沿线的分布规律自然确定。因此，针对步骤s3中判别的岩爆类型选用相应岩爆等级评估方法来确定岩爆等级是评估最关键的一步。

岩爆等级评估可选用工程上常用的岩爆判据，包括岩石强度应力比法、岩石应力强度比法和rvi指标法等。

在岩爆等级评估时需要遵循四个基本原则：（1）围岩类别低于iii级或岩石单轴抗压强度低于60mpa，不开展岩爆评估工作，因为该条件下岩体破坏模式以应力型塌方或局部片帮甚至大变形为主，不具备岩爆发生条件；

（2）断层构造及其影响带一般岩体相对软弱破碎，断层带内围岩一般不发生岩爆，但断层及其影响带两侧常形成应力集中，局部应力场会异常，大量工程案例也发现断层及其影响带两侧完整岩体具有发生高烈度等级岩爆的风险，因此在评估过程中，断层影响带外两侧200～300m岩爆风险等级有提高的条件，局部提高岩爆等级；

（3）岩性界面或突变区域以及岩体结构由节理密集向完整岩体突变的区域，因为刚度不协调导致完整岩体集聚较高的应变能，完整岩体具有形成高烈度等级岩爆的风险，评估时局部提高岩爆等级；

（4）隧道施工扰动过程中，受二次重分布和集中的影响，中等岩爆区域在硬性结构面赋存的局部洞段可产生强烈或极强岩爆，当采用岩石强度应力比法、岩石应力强度比法和rvi指标法联合评估岩爆等级时采用如下原则：以应力强度比方法评估结果作为隧道普遍发生的岩爆等级，即表述为“以某某等级岩爆为主”；以rvi指标评估结果作为隧道可能发生的最大岩爆等级，表述为“局部某某等级岩爆”；兼顾应力强度比方法评估结果，并考虑是否是受断层或褶皱构造的影响，若明显受上述构造影响，则以应力强度比评估的最大等级作为隧道最高等级，并表述为“个别某某岩爆”，其中“个别”指发生概率比较低，但仍有可能发生的最大岩爆等级；若不明显受上述构造控制，则不引入应力强度比评估结果。在评估存在岩爆风险的隧道区段长度时，仅统计最为普遍的岩爆等级，对于“局部某某等级岩爆”和“个别某某岩爆”不计入统计范围，因为实际这类评估结果意味着评估的岩爆等级仅小比例存在，且发生与否与实际岩体结构特征、局部应力场条件和局部构造条件密切相关，同时施工期还是开挖支护的控制，因此难以确定其所占比例。

s5，之后将岩爆评估分区、岩爆类型判别以及岩爆等级评估的结果输入至gis框架内，由gis框架以图元数据和空间属性形式综合表征上述结果。

在图3或图4中岩爆风险评估区段以平面矩形表示，断层等地质构造以含有产状信息的阴影、色彩等进行表示或区分；而岩石类型、围岩类型、地应力条件等均用所评估岩爆区段平面矩形图元的属性表信息表示，在此基础上，通过岩爆判据和风险评估指标直接对岩爆相关的属性信息进行数学运算，获得所评估隧道区段的岩爆等级。通过gis图元显示功能，可将各岩爆评估区段的岩爆等级以颜色图或填充图形式加以显示，该方法不但可以直观分析隧道沿线的上述各类条件，更能够直观显示与分析隧道沿线不同区段可能发生岩爆等级。更重要的是，该方法能够识别岩爆控制因素对岩爆等级的控制作用。其中，岩爆判据的选择由评估者来选择，可以选择应力强度比方法、强度应力比方法、陶振宇判据、hoek判据、barton判据、rvi指标方法等单、多因素指标判据方法，甚至更复杂的判据和评判方法均可植入到基于gis框架的深埋超长隧道岩爆风险评估方法中。

本领域技术人员在考虑说明书及实施例处的公开后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由权利要求指出。

应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。