一种基于多源监测融合与时序预测的隧道初期支护安全预警方法与流程

本发明属于隧道初期支护安全预警，具体涉及一种基于多源监测融合与时序预测的隧道初期支护安全预警方法。

背景技术：

1、在隧道施工过程中，初期支护是保障围岩稳定、防止坍塌的第一道防线。对初期支护的受力与变形状态进行精准感知与超前预警，是保障施工安全的核心环节。

2、传统的初期支护预警技术主要基于预设的位移阈值或应力极限值进行报警。现有隧道初期支护安全预警方法大多依赖于现场实测数据的简单线性外推或固定阈值的单向报警，然而这些方法存在以下主要缺陷：大多数传统方法仅关注围岩位移，无法同步关联围岩压力、格栅钢架应力及喷射混凝土应变等多源力学信息，风险判别维度单一，容易因信息不完整而漏报；非智能化的预测模型多依赖于经验判据，难以处理地质突变引起的非平稳数据波动，预测精度不足；预警结果缺乏足够的时效性与准确性，无法满足动态施工环境下的风险防控需求。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种基于多源监测融合与时序预测的隧道初期支护安全预警方法，用于解决传统预警方法指标单一、预警结果缺乏时效性与准确性的问题，实现基于多源数据与智能算法的精准预警，提高隧道施工的安全性和稳定性。

2、本发明采用以下技术方案：

3、一种基于多源监测融合与时序预测的隧道初期支护安全预警方法，包括：

4、步骤1：获取多源传感监测网络实时采集的围岩压力、格栅钢架应力及支护结构位移的多维监测数据；

5、步骤2：根据多维监测数据及围岩物理力学参数，进行flac3d数值模拟，计算支护结构在不同工况下的危险阈值；

6、步骤3：将多维监测数据输入预先训练的lstm神经网络模型，输出初期支护状态的演变预测趋势；

7、步骤4：将演变预测趋势与危险阈值进行匹配分析，输出安全预警等级。

8、本发明的有益效果是：本发明中的多源监测网络同步采集压力、应力、位移三类数据，突破了传统单一参数监测的风险判别维度局限，实现了对支护结构受力与变形状态的全方位感知；flac3d数值模拟基于围岩物理力学参数与支护构件本构关系建立三维力学模型，通过模拟不同开挖工况下的支护结构力学响应，提取临界失效状态下的应力与变形特征值作为动态预警基准，实现了预警阈值随施工工况的动态更新；lstm神经网络模型通过遗忘门、输入门和输出门机制深度挖掘监测数据的时序演变规律，结合爆破响应时空注意力机制和施工步序编码向量对隧道开挖循环进行特征增强，实现了对支护结构失效风险的超前感知与趋势预测；通过将lstm预测值与flac3d动态阈值进行实时匹配分析，并采用层次分析法与熵权法组合赋权确定位移与应力的综合风险指数，实现了四级分级预警与施工辅助决策的自动联动，使本发明在钻爆法隧道复杂地质段实现了对初期支护结构失效风险的提前感知与精准预警。

1.一种基于多源监测融合与时序预测的隧道初期支护安全预警方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种基于多源监测融合与时序预测的隧道初期支护安全预警方法，其特征在于，所述多源传感监测网络包括压力传感器、应力传感器和位移传感器。

3.根据权利要求1所述的一种基于多源监测融合与时序预测的隧道初期支护安全预警方法，其特征在于，所述危险阈值的重新计算触发条件为：隧道掌子面掘进距离超出预设范围，或穿过不同围岩级别地质界线，或现场实时监测到的位移变化率超出预设范围；重新计算时，将现场实时监测数据传入flac3d修正围岩力学参数。

4.根据权利要求1所述的一种基于多源监测融合与时序预测的隧道初期支护安全预警方法，其特征在于，所述安全预警等级包括蓝色预警、黄色预警、橙色预警和红色预警；蓝色预警对应；黄色预警对应；橙色预警对应；红色预警对应；其中，为综合风险指数，所述综合风险指数根据lstm预测值与flac3d危险阈值的匹配分析结果确定。

5.根据权利要求1所述的一种基于多源监测融合与时序预测的隧道初期支护安全预警方法，其特征在于，所述lstm神经网络模型的输入特征包括位移变化率、应力增长率和围岩级别；所述lstm神经网络模型包含lstm堆叠层和注意力机制层。

6.根据权利要求1所述的一种基于多源监测融合与时序预测的隧道初期支护安全预警方法，其特征在于，所述综合风险指数的计算公式为：

7.根据权利要求1所述的一种基于多源监测融合与时序预测的隧道初期支护安全预警方法，其特征在于，步骤1之后，还包括：对所述多维监测数据进行预处理，包括：采用中值滤波算法消除由爆破施工震动引起的瞬态噪声脉冲；采用原则判定异常值并剔除，利用邻域均值进行填充；对剔除异常值后的数据执行min-max归一化处理。

8.根据权利要求1所述的一种基于多源监测融合与时序预测的隧道初期支护安全预警方法，其特征在于，所述lstm神经网络模型的预测时间步长对应未来1～7天的演变趋势。

9.根据权利要求4所述的一种基于多源监测融合与时序预测的隧道初期支护安全预警方法，其特征在于，所述安全预警等级的触发逻辑具体为：蓝色预警对应且偏移率＜60%；黄色预警对应且60%≤偏移率＜80%；橙色预警对应且80%≤偏移率＜90%；红色预警对应或偏移率≥90%，或位移速率连续多日大于等于10mm/d。

10.根据权利要求1所述的一种基于多源监测融合与时序预测的隧道初期支护安全预警方法，其特征在于，根据所述安全预警等级执行对应的施工辅助决策：蓝色预警与黄色预警下，自动更新控制参数并在后台日志记录；橙色预警下，生成支护补强方案并发送至项目总工程师终端；红色预警下，触发声光报警并输出停工指令。