一种新型隧道变形监测预测系统的制作方法

本发明属于隧道工程，具体涉及一种新型隧道变形监测预测系统。

背景技术：

1、随着我国隧道工程领域技术的不断更新，已经可以做到对隧道坍塌进行预测，预防重大安全事故，但是隧道坍塌依旧影响隧道工程施工进度且将投入更多资源进行坍塌后隧道加固。

2、现有隧道变形检测系统是包含采用土压力盒、棱镜—全站仪等设备的监测流程，一般采用人工进行，对数据的精确性无法保证，好一点的会采用自动化采集，即将采集设备放置在监测断面处，通过机器自动采集，然后通过网络进行数据传输。对于隧道的安全仅起到监测作用，并没有对隧道下一步的变形进行预测。预测可以及时发现潜在的危险，增加支护操作空间，拥有更多的时间判断和处理，对人身安全和财产安全更加有利。不预测则相反。如果不提前预测，则当发现有潜在危险的时候，可能反应时间不足。

技术实现思路

1、为了综合解决上述问题，本发明提出一种新型隧道变形监测预测系统，以实际隧道变形量推演隧道变形趋势，预测隧道变形量，达到在隧道出现变形量突变趋势前进行预测，及时采取措施，制定转向措施，预防隧道坍塌造成经济损失。

2、为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

3、一种新型隧道变形监测预测系统，包括数值模拟隧道模块、隧道三维实景建模模块、lstm预测模块、实际隧道变形量监测模块；

4、数值模拟隧道模块：采用有限元数值模拟软件，根据隧区工况及隧道设计方案建立数值模拟隧道模型，获得数值模拟隧道变形量以及应力情况；

5、隧道三维实景建模模块：根据隧道开挖布置实际隧道变形量监测布置点，创建和更新隧道三维实景建模；

6、lstm预测模块：基于隧道三维实景建模创建时序预测模型；

7、实际隧道变形量监测模块：采用全站仪进行人工定点监测。

8、一种新型隧道变形监测预测系统的使用方法，包括：

9、步骤1：隧道开挖前，基于地质勘探报告和隧道设计方案，通过数值模拟隧道模块的有限元数值模拟软件创建数值模拟隧道模型，获得该模型中的隧道变形量；

10、步骤2：采用隧道三维实景建模模块生成隧道三维实景模型；

11、步骤3：将步骤2建立隧道三维实景模型按掘进方向分段，选取监测断面，采用实际隧道变形量监测模块对隧道监测断面实际变形量数据进行监测和收集，并对获取的隧道实际变形量数据进行预处理；

12、步骤4：建立基于长短期记忆lstm神经网络的地表沉降预测模型、拱顶下沉预测模型和水平收敛预测模型，将预处理后的数据输入模型中进行训练；

13、步骤5：将步骤3收集的实测数据输入步骤4创建的预测模型中，输入已测变形量，生成预测变形量，并与步骤1的数值模拟隧道变形量中相应位置变形量进行拟合分析，制定应急方案和对策。

14、优选的，所述步骤2包括：

15、步骤2.1：在隧道明洞段布置隧道三维实景建模坐标原点，布置激光打向隧道内部的激光牵引器，控制含高精度360°照相功能无人机在隧道内部进行u型路线双高度飞行并拍照扫描，得到含有位置坐标的隧道照片；

16、步骤2.2：采用sift方法对步骤2.1获得的照片进行数据处理。

17、优选的，所述步骤4具体为：

18、步骤4.1：定义地表沉降预测模型的超参数；

19、步骤4.2：将步骤3预处理的隧道实际变形量数据输入地表沉降预测模型；

20、步骤4.3：采用步骤4.2建立地表沉降预测模型的相同的方法，建立拱顶下沉预测模型和水平收敛预测模型并进行训练。

21、一种计算机设备，所述计算机设备包括处理器和存储器，所述存储器中存储有计算机程序，所述计算机程序由所述处理器加载并执行，以实现新型隧道变形监测预测系统使用方法。

22、一种计算机可读存储介质，所述存储介质中存储有计算机程序，所述计算机程序由处理器加载并执行，以实现新型隧道变形监测预测系统使用方法。

23、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

24、1.基于传统的监测系统，本发明新增了预测系统，可以验证数值模拟的准确性，当出现预警后，及时修正数值模拟数据以及对隧道情况进行讨论评估，通过实时更新数据，防止数据时效滞后。能够减少塌方事故，挽救不必要的损失。

25、2.将三维实景建模引入隧道检测预测系统，能够记录隧道内实际变形情况。

26、3.将数值模拟、三维实景建模和时序预测三者相结合，三者结合可以验证超前地质预报的准确性和围岩支护设计的可行性，同时根据实际围岩情况对三者内容进行及时修正，形成闭环，确保数据时效性、准确性。

技术特征：

1.一种新型隧道变形监测预测系统，其特征在于：包括数值模拟隧道模块、隧道三维实景建模模块、lstm预测模块、实际隧道变形量监测模块；

2.一种新型隧道变形监测预测系统的使用方法，其特征在于：包括：

3.根据权利要求2所述的一种新型隧道变形监测预测系统的使用方法，其特征在于：所述步骤2包括：

4.根据权利要求3所述的一种新型隧道变形监测预测系统的使用方法，其特征在于：所述步骤4具体为：

5.一种计算机设备，其特征在于：所述计算机设备包括处理器和存储器，所述存储器中存储有计算机程序，所述计算机程序由所述处理器加载并执行以实现如权利要求2-4任一项所述的新型隧道变形监测预测系统使用方法。

6.一种计算机可读存储介质，其特征在于：所述存储介质中存储有计算机程序，所述计算机程序由处理器加载并执行以实现如权利要求2-4任一项所述的新型隧道变形监测预测系统使用方法。

技术总结
本发明属于隧道工程技术领域，具体涉及一种新型隧道变形监测预测系统。包括包括数值模拟隧道模块、隧道三维实景建模模块、LSTM预测模块、实际隧道变形量监测模块。方法为：步骤1：通过数值模拟隧道模块获得该模型中的隧道变形量；步骤2：采用隧道三维实景建模模块生成隧道三维实景模型；步骤3：采用实际隧道变形量监测模块对隧道监测断面实际变形量数据进行监测和收集，并进行预处理；步骤4：建立基于长短期记忆LSTM神经网络的预测模型；步骤5：将实测数据输入预测模型，生成预测变形量，然后进行拟合分析，制定应急方案和对策。本发明的方法通过实时更新数据，防止数据时效滞后。能够减少塌方事故，挽救不必要的损失。

技术研发人员：解登科,彭志川,张义丹,施龙,王世彬,刘涛,宋战平
受保护的技术使用者：中国铁建大桥工程局集团有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/4