(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210604581.4 (22)申请日 2022.05.31 (71)申请人 中铁隧道局集团有限公司 地址 510000 广东省广州市南沙区明珠湾 起步区工业四路西侧自编2 号(仅限办 公用途)(自主申报)(MZ) 申请人 盾构及掘进技 术国家重点实验室 (72)发明人 张理蒙　洪开荣　卢高明　周建军　 潘东江　冯欢欢　杨延栋　李宏波　 张志增　李帅远　范文超　 (74)专利代理 机构 郑州浩翔专利代理事务所 (特殊普通 合伙) 41149 专利代理师 牛雪姣 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01)G06T 7/62(2017.01) G06T 17/20(2006.01) E21F 17/18(2006.01) G06F 119/10(2020.01) (54)发明名称 一种隧道内岩爆损伤岩体 体积的计算方法 (57)摘要 本发明公开了一种隧道内岩爆损伤岩体体 积的计算方法， 包括建立三维坐标系和初始速度 模型， 布设观测系统， 微震观测前期进行噪声采 集与分析， 微震事件定位及震源参数解析， 微震 事件聚簇分析和事件簇的体积计算。 本发明填补 了计算岩爆引起岩体损伤体积计算的空白， 可使 岩爆的预报由定性转为定量预报， 同时对于现场 施工的风险评估以及后续工程的应对方案也有 着极强的指导作用。 权利要求书1页 说明书4页 附图2页 CN 114943149 A 2022.08.26 CN 114943149 A 1.一种隧道内岩爆损伤岩体 体积的计算方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： （1） 建立三维坐标系和初始速度模型： 依据现场施工设计建立现场 三维坐标系， 同时利 用声波测井仪进 行现场波速测定或采用现场采样实验室测试的手段获取围岩波速信息， 构 建区域初始速度模型； （2） 布设观测系统： 在隧道内布设N个震动传感器作为观测系统， 且震动传感器个数不 少于6个， 并依次记作1， 2， 3， ……i，……N号震动传感器， 根据已有的坐标系标注震动传感 器的三维坐标； （3） 微震观测前期进行噪声采集与分析： 完成观测系统布设后， 在隧道内进行背景噪声 观测； （4） 微震事件定位及震源参数解析： 通过微震监测系统， 将记录到的事件波形进行去噪 处理并对识别到的事 件进行解析后获得事 件的时间、 位置以及释放能量大小信息； （5） 微震事件聚簇分析： 将已知的事件信 息投影在隧道施工的三维坐标系下， 对不同的 事件进行两两相连并计算两点之 间的距离， 即键长， 设置 设计数值的键长后， 断开大于该键 长的事件连线， 余下相连接的事 件将聚集成簇， 进行聚簇分析； （6） 事件簇的体积计算： 对事件簇计算其包络和包含体积， 该体积为岩爆损伤岩体体 积。 2.根据权利要求1所述的隧道内岩爆损伤岩体体积的计算方法， 其特征在于， 步骤 （1） 中所述初始速度模型 是依据地勘资料或现场围岩速度测试 方法获取的围岩 横纵波速度。 3.根据权利要求1所述的隧道内岩爆损伤岩体体积的计算方法， 其特征在于， 步骤 （2） 中所述震动传感器的布设呈非线性或面状。 4.根据权利要求1所述的隧道内岩爆损伤岩体体积的计算方法， 其特征在于， 步骤 （3） 中所述背景噪声观测不少于1 天， 且在隧道内设有时间台账。 5.根据权利要求1所述的隧道内岩爆损伤岩体体积的计算方法， 其特征在于， 步骤 （6） 中所述岩爆损伤岩体体积的计算方法为： 对该簇在X、 Y、 Z三个方向进行网格化； 在不同的Z 方向进行切片并计算该切片在XY面上 的投影面积； 最后沿Z轴进行投影面积的积分即为该 簇的体积。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114943149 A 2一种隧道内岩爆损伤岩体 体积的计算方 法 技术领域 [0001]本发明涉及岩土工程技术领域， 具体涉及 一种隧道内岩爆损伤岩体体积的计算方 法。 背景技术 [0002]随着我国经济 的高速发展， 地球表层的资源已经难以满足目前的发展需求。 人们 开始向地球深部寻求所必须的资源， 除了 常用的能源、 矿产外， 大量的地下 空间也逐步 成为 开发利用的对象， 地下洞室工程也越来越多， 越建越大， 越建约深。 同时， 诸如水利 水电、 引 水隧道、 各类矿山、 交通隧道等大量基础建 设工程也日渐呈现出 “长、 大、 深 ”的特点。 [0003]随着埋深增加和地应力的增大， 围岩的地质环境变的更为复杂， 以岩爆为代表的 地质灾害将会更加 突出。 岩爆是在高应力条件下， 受开挖或其他扰动诱发的岩体中聚积 高 弹性应变势能的突然释放， 具体表现形式为围岩的爆 裂、 弹射等动力现象。 这种岩块 弹射的 现象在煤田或其他矿山中又被称为冲击地压、 矿震等。 岩爆分布范围较为广泛， 不仅发生于 硬脆性岩体中， 在软弱围岩中也存在岩爆风险。 岩爆的突 发性和极强的破坏性， 严重威胁施 工人员和设备财产的安全。 岩爆不但会造成超挖、 初期支护失效、 工期延后， 还可能诱发地 震， 甚至摧毁整个隧道或矿坑， 造成严重的经济损失， 甚至人员伤亡。 因此， 如何 能够准确预 报岩爆成为工程领域中亟 待解决的问题。 [0004]岩石在卸去载荷的过程中， 应力场随之调整， 积聚的应力或能量超过岩石所承受 的临界值时， 将以局部形变的方式释放， 其表现形式为内部损伤或破裂。 实验室内可以用声 发射技术来对岩石内部的损伤进行定位， 而在较大尺度的施工现场， 可以借助微震监测进 行记录。 微震监测可以实时获取上述过程中微震事件即岩体内部损伤发生的时间、 空间位 置和释放能量等信息。 研究人员利用上述信息或以上信息的衍生信息实现了岩爆的预报， 但当前的岩爆预报仅能给 出岩爆等级的大小， 并不能对岩爆崩落岩体的体积进行估算。 发明内容 [0005]有鉴于此， 本发明的目的是针对现有技术的不足， 提供一种隧道内岩爆损伤岩体 体积的计算方法， 提高了岩爆预报的准确度， 丰富了岩爆预报的信息 。 [0006]为达到上述目的， 本发明采用以下技 术方案： [0007]一种隧道内岩爆损伤岩体 体积的计算方法， 包括以下步骤： [0008](1)建立三维坐标系和初始速度模型： 依据现场施工设计建立现场三维坐标系， 同 时利用声波测井仪进行现场波速测定或采用现场采样实验室测试的手段获取围岩波速信 息， 构建区域初始速度模型； [0009](2)布设观测系统： 在隧道内布设N个震动传感器作为观测系统， 且震动传感器个 数不少于6个， 并依次记作1， 2， 3， ……i，……N号震动传感器， 根据已有的坐标系标注震动 传感器的三维坐标； [0010](3)微震观测前期进行噪声采集与分析： 完成观测系统布设后， 在隧道内进行背景说　明　书 1/4 页 3 CN 114943149 A 3