隧道的支护结构选择方法及装置与流程

本申请涉及工程领域，具体而言，涉及隧道的支护结构选择方法及装置。

背景技术：

在修建公路铁路等基础工程的时候，经常需要挖掘隧道，对于隧道的挖掘一般需要使用支护结构来进行支护。

支护结构在隧道挖掘的过程中起到了非常重要的作用，其中支护结构承担的最重要的两个作用如下：

作用一：承受可能出现的各种荷载。在开挖隧道前围岩处于初始状态下，开挖后围护稳定状态受到破坏，围岩受力平衡状态被打破，支护结构应能使岩体重新回到新的平衡状态，承受各种可能的荷载。在深埋隧道中，支护结构能承受围岩卸载拱范围内的松弛荷载的作用；在浅埋软弱地层中，支护结构应能承受上方土柱的垂直压力。另外支护结构还应承受各种开挖工况下可能的荷载情况，应能承受一定的水压力，并能保持较小的变形。

作用二：使隧道支护体系有足够的安全度。在隧道设计中，支护结构(初期支护)通常被看作是临时结构，不考虑其在长期工况下的作用或进行刚度折减；而在隧道施工中，初期支护的施作环境很差，施作时间要求较短，施作质量很难得到保证。但作为隧道支护结构其必须能保证在施工期间稳定且具有足够的承载力，不发生较大变形，在短期内(一个月甚至一年内)不衬砌不会产生事故的能力。

支护结构有很多种类型，搭建支护结构的方法也有很多。在隧道施工的时候，一般情况话，会有专家组选择支护结构来进行搭建，这基本上依赖于专家的经验，通过在稳定地层这种依照经验搭建的方式是没有问题的，但是施工的情况多种多样，在遇到不稳定的地层的时候，基本上目前的做法是尽量把所有能用的支护手段都加上，这一方面会存在安全隐患，另一方面也有可能会造成资源浪费。

针对相关技术中依赖经验搭建支护结构有可能带来存在安全隐患或资源浪费的问题，目前没有较好的解决方案。

技术实现要素：

本申请提供了隧道的支护结构选择方法及装置，以解决针对相关技术中依赖经验搭建支护结构有可能带来存在安全隐患或资源浪费的问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种隧道的支护结构选择方法，包括：第一选择步骤：选择计算模型，其中，所述计算模型包括：结构力学计算模型或者岩体力学计算模型，所述结构力学计算模型是：支护结构为正在承载主体，围岩作为荷载来源的计算模型；所述岩体力学计算模型是：将支护结构和围岩共同作为一个承载体系，其中围岩作为直接承载体，支护结构作为间接承载体的计算模型；第一获取步骤：获取待修建隧道地区的围岩的围岩分级，其中，所述围岩分级是至少根据岩体完整程度和岩石强度将围岩划分的级别，所述围岩分级用于指示该围岩的稳定程度；第二获取步骤：根据所述围岩分级获取该围岩分级所对应的多种支护结构，其中，所述围岩分级对应多种支护结构，所述围岩分级所所用的支护结构为预先配置的；组合步骤：将所述多种支护结构进行排列组合得到多组支护结构组合；计算步骤：将每一组支护结构组合和所述围岩分级所对应的参数输入到所述计算模型中进行计算得到每一组支护结构的计算结果；第二选择步骤：从所述计算结果中选择出一组或多组支护结构组合，根据选择出的支护结构组合进行实体模型搭建，其中，所述实体模型按照围岩的参数和该组支护结构的参数按照比例缩小搭建；验证步骤：在搭建的实体模型上进行力学实验验证，选择符合要求的支护组合。

进一步地，选择所述结构力学计算模型后，执行所述第一获取步骤、所述第二获取步骤，所述组合步骤、所述计算步骤、以及所述第二选择步骤得到一组或多组第一支护结构组合；选择所述岩体力学计算模型后，执行所述第一获取步骤、所述第二获取步骤，所述组合步骤、所述计算步骤、以及所述第二选择步骤得到一组或多组第二支护结构组合；分别在根据一组或多组第一支护组合以及根据一组或多组第二支护组合上搭建的实体模型上进行力学实验验证，从所述一组或多组第一支护组合以及所述一组或多组第二支护组合中选择符合要求的支护组合。

进一步地，根据选择出的支护结构组合进行实体模型搭建包括：将选择出的支护结构组合对应的参数和围岩参数发送至3d打印系统，其中，所述3d打印系统用于根据所述支护结构对应的参数和实施围岩参数打印生成所述实体模型。

进一步地，所述方法还包括：在选择出合适的支护组合之后，将所述围岩等级以及所选择出的支付组合的对应关系保存在数据库中，其中，被保存的对应关系作为下一次选择支护组合的依据之一。

进一步地，保存所述对应关系包括：根据所述对应关系的保存时间；将保存时间距离当前时间最近的对应关系的优先级设置为最高，其中，优先级高的对应关系作为下一次选择支护组合的优先选择。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种隧道的支护结构选择装置，包括：第一选择模块，用于选择计算模型，其中，所述计算模型包括：结构力学计算模型或者岩体力学计算模型，所述结构力学计算模型是：支护结构为正在承载主体，围岩作为荷载来源的计算模型；所述岩体力学计算模型是：将支护结构和围岩共同作为一个承载体系，其中围岩作为直接承载体，支护结构作为间接承载体的计算模型；第一获取模块，用于获取待修建隧道地区的围岩的围岩分级，其中，所述围岩分级是至少根据岩体完整程度和岩石强度将围岩划分的级别，所述围岩分级用于指示该围岩的稳定程度；第二获取模块，用于根据所述围岩分级获取该围岩分级所对应的多种支护结构，其中，所述围岩分级对应多种支护结构，所述围岩分级所所用的支护结构为预先配置的；组合模块，用于将所述多种支护结构进行排列组合得到多组支护结构组合；计算模块，用于将每一组支护结构组合和所述围岩分级所对应的参数输入到所述计算模型中进行计算得到每一组支护结构的计算结果；第二选择模块，用于从所述计算结果中选择出一组或多组支护结构组合，根据选择出的支护结构组合输出到实体模型搭建设备进行实体模型搭建，其中，所述实体模型按照围岩的参数和该组支护结构的参数按照比例缩小搭建；验证模块，用于在搭建的实体模型上进行力学实验验证，选择符合要求的支护组合。

进一步地，所述第一选择模块选择所述结构力学计算模型后，所述第一获取模块、所述第二获取模块，所述组合模块、所述计算模块、以及所述第二选择模块依次被调用执行得到一组或多组第一支护结构组合；所述第一选择模块选择所述岩体力学计算模型后，所述第一获取模块、所述第二获取模块，所述组合模块、所述计算模块、以及所述第二选择模块依次被调用得到一组或多组第二支护结构组合；所述验证模块，用于分别在根据一组或多组第一支护组合以及根据一组或多组第二支护组合上搭建的实体模型上进行力学实验验证，从所述一组或多组第一支护组合以及所述一组或多组第二支护组合中选择符合要求的支护组合。

进一步地，所述第二选择模块用于将选择出的支护结构组合对应的参数和围岩参数发送至3d打印系统，其中，所述3d打印系统用于根据所述支护结构对应的参数和实施围岩参数打印生成所述实体模型。

进一步地，所述装置还包括：保存模块，用于在选择出合适的支护组合之后，将所述围岩的等级以及所选择出的支付组合的对应关系保存在数据库中，其中，被保存的对应关系作为下一次选择支护组合的依据之一。

进一步地，所述保存模块，用于根据所述对应关系的保存时间；将保存时间距离当前时间最近的对应关系的优先级设置为最高，其中，优先级高的对应关系作为下一次选择支护组合的优先选择。

通过本申请，采用以下步骤：第一选择步骤：选择计算模型，其中，所述计算模型包括：结构力学计算模型或者岩体力学计算模型，所述结构力学计算模型是：支护结构为正在承载主体，围岩作为荷载来源的计算模型；所述岩体力学计算模型是：将支护结构和围岩共同作为一个承载体系，其中围岩作为直接承载体，支护结构作为间接承载体的计算模型；第一获取步骤：获取待修建隧道地区的围岩的围岩分级，其中，所述围岩分级是至少根据岩体完整程度和岩石强度将围岩划分的级别，所述围岩分级用于指示该围岩的稳定程度；第二获取步骤：根据所述围岩分级获取该围岩分级所对应的多种支护结构，其中，所述围岩分级对应多种支护结构，所述围岩分级所所用的支护结构为预先配置的；组合步骤：将所述多种支护结构进行排列组合得到多组支护结构组合；计算步骤：将每一组支护结构组合和所述围岩分级所对应的参数输入到所述计算模型中进行计算得到每一组支护结构的计算结果；第二选择步骤：从所述计算结果中选择出一组或多组支护结构组合，根据选择出的支护结构组合进行实体模型搭建，其中，所述实体模型按照围岩的参数和该组支护结构的参数按照比例缩小搭建；验证步骤：在搭建的实体模型上进行力学实验验证，选择符合要求的支护组合。解决了相关技术中依赖经验搭建支护结构有可能带来存在安全隐患或资源浪费的问题，进而提高了支护结构选择的可靠性。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1是根据本申请实施例提供的隧道的支护结构选择方法的流程图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

图1是根据本申请实施例提供的隧道的支护结构选择方法的流程图，如图1所示，该隧道的支护结构选择方法包括如下步骤：

步骤s101，第一选择步骤：选择计算模型，其中，计算模型包括：结构力学计算模型或者岩体力学计算模型，结构力学计算模型是：支护结构为正在承载主体，围岩作为荷载来源的计算模型；岩体力学计算模型是：将支护结构和围岩共同作为一个承载体系，其中围岩作为直接承载体，支护结构作为间接承载体的计算模型；

步骤s102，第一获取步骤：获取待修建隧道地区的围岩的围岩分级，其中，围岩分级是至少根据岩体完整程度和岩石强度将围岩划分的级别，围岩分级用于指示该围岩的稳定程度；

步骤s103，第二获取步骤：根据围岩分级获取该围岩分级所对应的多种支护结构，其中，围岩分级对应多种支护结构，围岩分级所所用的支护结构为预先配置的；

步骤s104，组合步骤：将多种支护结构进行排列组合得到多组支护结构组合；

步骤s105，计算步骤：将每一组支护结构组合和围岩分级所对应的参数输入到计算模型中进行计算得到每一组支护结构的计算结果；

步骤s106，第二选择步骤：从计算结果中选择出一组或多组支护结构组合，根据选择出的支护结构组合进行实体模型搭建，其中，实体模型按照围岩的参数和该组支护结构的参数按照比例缩小搭建；

步骤s107，验证步骤：在搭建的实体模型上进行力学实验验证，选择符合要求的支护组合。

通过上述步骤，不仅仅通过计算机选择了跟围岩等级对应的支护机构，而且还对该支付结构的组合进行了验证，从而可以找到合适的支付组合，从解决了相关技术中依赖经验搭建支护结构有可能带来存在安全隐患或资源浪费的问题，进而提高了支护结构选择的可靠性。

在上述步骤，支护结构可以采用现有的支护结构，由于支护结构的类型方式比较多，因此，在某个围岩等级对应的支护结构种类可能也有很多个。而且一个围岩登记也可以使用多种支付结构。此时，每个围岩等级所对应的支护结构还可以设置有优先级，不同的优先级标明了该支护结构在在该围岩等级下的优先使用的次序，优先级别越高则说明该支护结构更加满足该围岩结构的要求。

支护结构可以采用现有的结构，例如：包括锚杆、钢筋网和喷射混凝土的结构；或者，管棚、小导管等超前支护的支护结构等，或者，单纯的网喷混凝土的支护结构；或者，厚度在5到30厘米的支付结构；或者，配置钢格栅甚至型钢钢架的支护结构等等。

围岩分级是指根据岩体完整程度和岩石强度等指标将无限的岩体序列划分为具有不同稳定程度的有限个类别，即将稳定性相似的一些围岩划归为一类，将全部的围岩划分为若干类。在围岩分类的基础上再依照每一类围岩的稳定程度给出最佳的施工方法和支护结构设计。下表1就给出了一个围岩等级的参考分类：

表1：围岩等级参考分类

当然，围岩等级还可以采用其他分类方法，可以根据实际需要来灵活进行分类，再次不再一一仅仅赘述。

在一个可选的实施例的，围岩等级和其对应的支护结构可以采用人工智能的方式来进行选择。

可以先训练一个模型，该模型是使用多组训练数据训练得到的，每一组训练数据都包括围岩等级以及该围岩等级对应的支护机构。通过大量的数据进行训练之后，就可以得到一个可以使用的模型。然后将需要得到支护结构的围岩等级作为输入，通过该模型就可以得到该围岩等级所对应的模型了。

还可以另外训练一个更加精确的模型，该模型是使用多组训练数据训练得到的，每一组训练数据都包括围岩等级、该围岩对应的照片以及该围岩等级对应的支护机构。通过大量的数据进行训练之后，就可以得到一个可以使用的模型。然后将需要得到支护结构的围岩等级和照片作为输入，通过该模型就可以得到该围岩等级所对应的模型了。该训练模型增加了照片，可以防止对围岩分类失误所带来的隐患。

作为一个可选实施方式，选择结构力学计算模型后，执行第一获取步骤、第二获取步骤，组合步骤、计算步骤、以及第二选择步骤得到一组或多组第一支护结构组合；选择岩体力学计算模型后，执行第一获取步骤、第二获取步骤，组合步骤、计算步骤、以及第二选择步骤得到一组或多组第二支护结构组合；分别在根据一组或多组第一支护组合以及根据一组或多组第二支护组合上搭建的实体模型上进行力学实验验证，从一组或多组第一支护组合以及一组或多组第二支护组合中选择符合要求的支护组合。

作为一个可选实施方式，据选择出的支护结构组合进行实体模型搭建包括：将选择出的支护结构组合对应的参数和围岩参数发送至3d打印系统，其中，3d打印系统用于根据支护结构对应的参数和实施围岩参数打印生成实体模型。

作为一个可选实施方式，在选择出合适的支护组合之后，将围岩等级以及所选择出的支付组合的对应关系保存在数据库中，其中，被保存的对应关系作为下一次选择支护组合的依据之一。

作为一个可选实施方式，根据对应关系的保存时间；将保存时间距离当前时间最近的对应关系的优先级设置为最高，其中，优先级高的对应关系作为下一次选择支护组合的优先选择。

在本实施例中，还提供了一种隧道的支护结构选择装置，包括：第一选择模块，用于选择计算模型，其中，计算模型包括：结构力学计算模型或者岩体力学计算模型，结构力学计算模型是：支护结构为正在承载主体，围岩作为荷载来源的计算模型；岩体力学计算模型是：将支护结构和围岩共同作为一个承载体系，其中围岩作为直接承载体，支护结构作为间接承载体的计算模型；第一获取模块，用于获取待修建隧道地区的围岩的围岩分级，其中，围岩分级是至少根据岩体完整程度和岩石强度将围岩划分的级别，围岩分级用于指示该围岩的稳定程度；第二获取模块，用于根据围岩分级获取该围岩分级所对应的多种支护结构，其中，围岩分级对应多种支护结构，围岩分级所所用的支护结构为预先配置的；组合模块，用于将多种支护结构进行排列组合得到多组支护结构组合；计算模块，用于将每一组支护结构组合和围岩分级所对应的参数输入到计算模型中进行计算得到每一组支护结构的计算结果；第二选择模块，用于从计算结果中选择出一组或多组支护结构组合，根据选择出的支护结构组合输出到实体模型搭建设备进行实体模型搭建，其中，实体模型按照围岩的参数和该组支护结构的参数按照比例缩小搭建；验证模块，用于在搭建的实体模型上进行力学实验验证，选择符合要求的支护组合。

作为一个可选实施方式，第一选择模块选择结构力学计算模型后，第一获取模块、第二获取模块，组合模块、计算模块、以及第二选择模块依次被调用执行得到一组或多组第一支护结构组合；第一选择模块选择岩体力学计算模型后，第一获取模块、第二获取模块，组合模块、计算模块、以及第二选择模块依次被调用得到一组或多组第二支护结构组合；验证模块，用于分别在根据一组或多组第一支护组合以及根据一组或多组第二支护组合上搭建的实体模型上进行力学实验验证，从一组或多组第一支护组合以及一组或多组第二支护组合中选择符合要求的支护组合。

作为一个可选实施方式，第二选择模块用于将选择出的支护结构组合对应的参数和围岩参数发送至3d打印系统，其中，3d打印系统用于根据支护结构对应的参数和实施围岩参数打印生成实体模型。

作为一个可选实施方式，该装置还包括：保存模块，用于在选择出合适的支护组合之后，将围岩等级以及所选择出的支付组合的对应关系保存在数据库中，其中，被保存的对应关系作为下一次选择支护组合的依据之一。

作为一个可选实施方式，保存模块，用于根据对应关系的保存时间；将保存时间距离当前时间最近的对应关系的优先级设置为最高，其中，优先级高的对应关系作为下一次选择支护组合的优先选择。

通过上述步骤，不仅仅通过计算机选择了跟围岩等级对应的支护机构，而且还对该支付结构的组合进行了验证，从而可以找到合适的支付组合，从解决了相关技术中依赖经验搭建支护结构有可能带来存在安全隐患或资源浪费的问题，进而提高了支护结构选择的可靠性。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器(cpu)、输入/输出接口、网络接口和内存。

存储器可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(ram)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(rom)或闪存(flashram)。存储器是计算机可读介质的示例。

计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(pram)、静态随机存取存储器(sram)、动态随机存取存储器(dram)、其他类型的随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、电可擦除可编程只读存储器(eeprom)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(cd-rom)、数字多功能光盘(dvd)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitorymedia)，如调制的数据信号和载波。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

本领域技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。