一种基于相关法的隧道围岩松动圈测试方法
| 专利类型 | 发明公开 | 法律事件 | 公开; 实质审查; |
| 专利有效性 | 实质审查 | 当前状态 | 实质审查 |
| 申请号 | CN202311408421.3 | 申请日 | 2023-10-26 |
| 公开(公告)号 | CN117536686A | 公开(公告)日 | 2024-02-09 |
| 申请人 | 广州理工学院; 湖南天功测控科技有限公司; | 申请人类型 | 学校 |
| 发明人 | 唐露新; 汪理; 陈俊杰; 吕雯倩; | 第一发明人 | 唐露新 |
| 权利人 | 广州理工学院,湖南天功测控科技有限公司 | 权利人类型 | 学校 |
| 当前权利人 | 广州理工学院,湖南天功测控科技有限公司 | 当前权利人类型 | 学校 |
| 省份 | 当前专利权人所在省份：广东省 | 城市 | 当前专利权人所在城市：广东省广州市 |
| 具体地址 | 当前专利权人所在详细地址：广东省广州市白云区太和镇兴太三路638号 | 邮编 | 当前专利权人邮编：510540 |
| 主IPC国际分类 | E21F17/18 | 所有IPC国际分类 | E21F17/18 ; G01S15/08 ; G01S15/89 |
| 专利引用数量 | 0 | 专利被引用数量 | 0 |
| 专利权利要求数量 | 7 | 专利文献类型 | A |
| 专利代理机构 | 湖南乔熹知识产权代理事务所 | 专利代理人 | 陈莲瑛; |
| 摘要 | 本 发明 提供了一种基于相关法的隧道围岩松动圈测试方法，包括如下步骤：S1：在隧道的围岩的探测孔内选取多个检测点；S2：利用一发一收换能器对探测孔内的多个检测点进行探测，每个探测点获得一组 声波 数据；S3：计算相邻两个探测点的两组声 波数 据的相关系数；S4：以探测孔的深度为纵坐标、相关系数的值为横坐标作图；S5：判断松动圈的 位置 ：曲线中相关系数最小的点对应的深度值即为松动圈距离探测孔孔口的距离。本发明为隧道施工和支护安装提供重要参考指标；测试方法简单易操作，检测成本低、效率高、准确率高；所述方法对整个 波形 图进行了分析，分析范围广、结果精确和明显，根据分析数据能更容易和精准的判断松动圈的位置。 | ||
| 权利要求 | 1.一种基于相关法的隧道围岩松动圈测试方法，其特征在于，包括如下步骤： |
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| 说明书全文 | 一种基于相关法的隧道围岩松动圈测试方法技术领域[0001] 本发明属于隧道围岩松动圈测试技术领域，具体为一种基于相关法的隧道围岩松动圈测试方法。 背景技术[0002] 隧道围岩是指隧道周围一定范围内，对隧道稳定性能产生影响的岩(土)体，或由于隧道开挖导致隧道周边地层发生重新分布的岩(土)体。隧道施工开挖后，隧道围岩由于爆破或开挖震动，加上隧道凌空面的应力释放，如围压、自由重力、构造应力等因素，在开挖面周围一定范围内都将产生一个松动带，这个松动带称为松动圈。为了评价工程岩体稳定性、合理确定支护的结构和位置，需要测定松动圈的厚度或说位置。 [0003] 松动圈的测试方法有地质雷达法、地震波法、多点位移计法、声波法等。其中，地质雷达法的仪器贵、成本高；地震波法的分析比较困难；多点位移计法的工作量大、测量周期较长、精度不高。声波法技术成熟、操作容易，通过换能器发射和接收声波。围岩包括多层，多层的特性不同，声波在不同围岩层中传播速度不同，声波在不同围岩层之间的界面会有明显反射波区域。通过对声波数据分析判断不同围岩层的界面。 [0004] 现有测试中，常用的声波换能器为一发二收换能器，即一个发射端、两个接收端，这样会导致声波换能器的长度较长。然而，隧道围岩的探测孔由于各种因素不完全是直线型的，长度较长的换能器在探测孔中测试时移动不顺畅。另外，现有测试中，很多声波检测法对声波数据进行分析时，只截取界面反射区域进行分析，相当于只对不同围岩层的界面处周围很小的区域进行了分析，分析范围较小，导致可能存在的一些偶然因素使结果有偏差，例如不同围岩的界面处某些地方偶然存在的干扰物导致的结果偏差。另外，分析范围较小还会导致分析结果不是很明显。 发明内容[0005] 针对现有技术存在的上述问题，本发明的目的是提供一种基于相关法的隧道围岩松动圈测试方法，利用超声反射法检测隧道围岩松动圈，为隧道施工和支护安装提供重要参考指标；测试方法简单易操作，检测成本低、效率高、准确率高；所述方法对整个波形图进行了分析，而不是只截取波形图中的一部分，分析范围广、结果精确和明显，根据分析数据能更容易和精准的判断松动圈的位置。 [0006] 为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是： [0007] 一种基于相关法的隧道围岩松动圈测试方法，包括如下步骤： [0008] 步骤S1：在隧道的围岩的探测孔内沿着探测孔的长度方向选取多个检测点； [0009] 步骤S2：利用一发一收换能器对探测孔内的多个检测点进行探测，每个探测点获得一组声波数据； [0010] 步骤S3：计算相邻两个探测点的两组声波数据的相关系数； [0011] 步骤S4：以探测孔的深度为纵坐标、相关系数的值为横坐标作图； [0012] 步骤S5：根据步骤S4得到的图判断松动圈的位置：曲线中相关系数最小的点对应的深度值即为松动圈距离探测孔孔口的距离。 [0013] 作为上述技术方案的进一步改进： [0014] 相关系数的计算公式如下： [0015] [0016] 其中，r为相关系数，n为每组声波数据上的点的个数，Z1i为一个探测点的波形上的第i个数据点的标准化的值，Z2i为相邻探测点的波形上的第i个数据点的标准化的值。 [0017] Z1i为一个探测点的波形上的第i个数据点的值与此波形所有数据点的平均值的差；Z2i为相邻探测点的波形上的第i个数据点的值与此波形所有数据点的平均值的差。 [0018] 相邻检测点在探测孔长度方向上的距离为50～200mm。 [0019] 所述一发一收换能器包括一个发射端、一个接收端和隔声管，发射端和接收端间隔布置在一条直线上，发射端和接收端之间设有隔声管。 [0020] 探测孔由在隧道内向上钻取获得。 [0021] 步骤S4得到的图的每个相关系数对应的深度值设定为两个相邻探测点的中间位置。 [0022] 本发明的有益效果是：利用超声反射法检测隧道围岩松动圈，为隧道施工和支护安装提供重要参考指标；测试方法简单易操作，检测成本低、效率高、准确率高；所述方法对整个波形图进行了分析，而不是只截取波形图中的一部分，分析范围广、结果精确和明显，根据分析数据能更容易和精准的判断松动圈的位置；所用换能器为一发一收换能器，长度较短，适用隧道围岩松动圈的测试孔。附图说明 [0023] 图1是本发明一个实施例的隧道及其围岩示意图。 [0024] 图2是本发明的测试方法流程图。 [0025] 图3是本发明一个实施例的一发一收换能器结构示意图。 [0026] 图4是本发明一个实施例的接收端接收到的多个检测点的声波数据图。 [0027] 图5是本发明一个实施例的探测孔深度和相关系数关系示意图。 具体实施方式[0028] 以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。 [0029] 一种基于相关法的隧道围岩松动圈测试方法，如图2所示，包括如下步骤： [0030] 步骤S1：在隧道1的围岩的探测孔3内沿着探测孔3的长度方向选取多个检测点。 [0031] 如图1所示，围岩包括多个特性不同的围岩层2。 [0032] 本步骤之前，先钻取探测孔3，探测孔3由在隧道1内向上钻取获得，探测孔3的钻取方式为现有技术，在此不再赘述。 [0033] 较佳的，所述探测孔3垂直于水平面。 [0034] 本实施例中，探测孔3位于隧道1的上方，即探测孔3为向上孔，设探测孔3的孔口位置为起始点，越往上探测孔3深度越大。 [0035] 本实施例中，探测孔3的孔深为13米，从离孔口1.5米处开始测试，逐渐往上对各检测点进行检测。即离孔口1.5米处开始布置检测点。 [0036] 本步骤中，多个检测点沿着探测孔3深度方向间隔布置。相邻检测点之间的距离为50～200mm。 [0037] 本实施例中，相邻两个检测点之间的距离为50mm。 [0038] 步骤S2：利用一发一收换能器对探测孔3内的多个检测点进行探测，每个探测点获得一组声波数据。 [0039] 需要说明的是，每个探测点单次检测获得一组声波数据，可以对一个检测点进行多次检测，选取效果较好的一组声波数据进行后续分析。 [0040] 所述一发一收换能器如图3所示，包括发射模块4、一个发射端F、一个接收端S和隔声管5。发射端F和接收端S间隔布置在一条直线上，发射模块4位于发射端F的上方。发射端F和接收端S之间设有隔声管5。 [0042] 本步骤中，发射端F发出的声波向外传播，随着时间推移，接收端S会接收到不同围岩层2的界面的反射波。因此，本方案中，发射端F发出一组声波，接收端S会接收到一组反射波。 [0043] 本实施例中，接收端S在各个检测点上接收到的声波数据见图4。所述声波数据即为时域波形图。 [0044] 步骤S3：计算相邻两个探测点的两组声波数据的相关系数r。 [0045] 相关系数r的计算公式如下： [0046] [0047] 其中，n为每组声波数据上的点的个数或说波形数据的长度，Z1i为一个探测点的波形上的第i个数据点的标准化的值，Z2i为相邻探测点的波形上的第i个数据点的标准化的值。 [0048] Z1i为一个探测点的波形上的第i个数据点的值与此波形所有数据点的平均值的差；Z2i为相邻探测点的波形上的第i个数据点的值与此波形所有数据点的平均值的差。即： [0049] Z1i＝f1i‑f1p [0050] Z2i＝f2i‑f2p [0051] 其中，f1i为一个探测点的波形的第i个数据点的值，f1p为此探测点的波形的所有数据点的平均值；f2i为相邻探测点的波形的第i个数据点的值，f2p为相邻探测点的波形的所有数据点的平均值。显然的，第i个数据点的值为对应时域声波图的纵坐标的值。 [0052] 步骤S4：以探测孔3的深度为纵坐标、相关系数r的值为横坐标作图。 [0053] 本实施例中，得到的探测孔3深度和相关系数r的关系图如图5所示。 [0054] 设定这个相关系数r为两个相邻探测点中间位置的相关系数，由此得到每个中间位置深度处的波形数据相关系数。即本步骤得到的图的每个相关系数对应的深度值设定为两个相邻探测点的中间位置。 [0055] 步骤S5：根据步骤S4得到的图判断松动圈的位置：曲线中相关系数r最小的点对应的深度值即为松动圈距离探测孔3孔口的距离。 [0056] 本实施例中，由图5可以发现在7.0米深度位置处相关系数r最小，说明在该位置处的波形发生跳变，并且在该位置上下的相关系数差别较大，在靠近探测孔3孔口段相关系数明显小于深孔较深段，说明这个探测孔3周围的围岩的松动圈在距离孔口7.0米孔深处。 [0057] 需要说明的是，本方案不仅适用于隧道，还适用于其它地下通道。 [0058] 最后有必要在此说明的是：以上实施例只用于对本发明的技术方案作进一步详细地说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据本发明的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。 |
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