一种基于缪子探测的盾构隧道施工中地层扰动识别方法和系统与流程

本发明涉及盾构隧道施工，具体涉及一种基于缪子探测的盾构隧道施工中地层扰动识别方法和系统。

背景技术：

1、现有盾构隧道施工过程中，通常需要结合工程设计施工数据、地质勘察资料以及现场监测结果对施工影响区域内的地层状态进行分析。由于盾构机开挖过程中会持续改变周围地层的受力状态，不同区域受到施工扰动后的响应情况存在明显差异，导致大范围施工影响区域内潜在异常地层位置难以快速、准确确定。同时，盾构施工影响区域通常具有空间范围大、地层条件复杂以及扰动作用逐渐传播等特点，部分地层区域在施工后续开挖扰动作用下可能出现地层松散、空隙增大以及局部结构破坏等问题。现有分析方式在面对复杂施工环境时，通常需要结合多种检测数据对地层状态进行综合判断，但由于盾构施工影响区域范围较大，需要投入较多检测资源，且不同区域地层响应存在差异，难以快速、准确确定需要重点关注的异常地层位置，进而容易导致风险区域识别效率不足，影响盾构施工过程中的安全风险控制。

2、因此，如何高效精准识别盾构施工影响范围内的异常地层扰动区域是当前亟待解决的问题。

技术实现思路

1、本发明主要解决的技术问题是如何高效精准识别盾构施工影响范围内的异常地层扰动区域。

2、根据第一方面，本发明提供一种基于缪子探测的盾构隧道施工中地层扰动识别方法，包括：获取盾构施工影响区域的缪子通量扫描图像；基于所述盾构施工影响区域的缪子通量扫描图像确定多个惰性气体注入监测区域；基于所述盾构施工影响区域的缪子通量扫描图像、所述多个惰性气体注入监测区域，确定惰性气体注入测试方案；执行所述惰性气体注入测试方案，并获取盾构施工影响区域的气体扩散响应数据、地层变形响应数据；基于所述盾构施工影响区域的气体扩散响应数据、地层变形响应数据，确定多个地层扰动疑似区域；基于所述多个地层扰动疑似区域，确定每个地层扰动疑似区域的人工振动加载序列；基于所述每个地层扰动疑似区域的人工振动加载序列对每个地层扰动疑似区域施加振动激励，并获取每个地层扰动疑似区域的振动响应数据、密度变化数据；基于所述每个地层扰动疑似区域的振动响应数据、密度变化数据确定异常地层扰动区域，并发送地层扰动预警信息。

3、在一种可能的实现方式中，所述基于所述盾构施工影响区域的缪子通量扫描图像、所述多个惰性气体注入监测区域，确定惰性气体注入测试方案包括：基于所述盾构施工影响区域的缪子通量扫描图像、所述多个惰性气体注入监测区域，确定多个备选惰性气体注入点信息；基于所述多个备选惰性气体注入点信息进行聚类得到多个备选注入点簇；基于所述多个备选注入点簇确定惰性气体注入测试方案。

4、在一种可能的实现方式中，所述基于所述多个地层扰动疑似区域，确定每个地层扰动疑似区域的人工振动加载序列包括：基于每个地层扰动疑似区域的气体扩散响应数据、地层变形响应数据，确定每个地层扰动疑似区域的地层密实程度、地层结构稳定等级、地层振动敏感程度；基于所述每个地层扰动疑似区域的地层密实程度、地层结构稳定等级、地层振动敏感程度，确定每个地层扰动疑似区域的多个固定振动加载频率、随机振动加载频率范围、最大振动强度；构建多个振动加载图谱，每个振动加载图谱分别对应一个地层扰动疑似区域，每个振动加载图谱包括多个节点和多个边，多个节点包括多个固定振动频率节点、一个随机振动频率节点，每个固定振动频率节点分别与随机振动频率节点连接建立边，固定振动频率节点的节点特征为固定振动加载频率、最大振动强度，随机振动频率节点的节点特征为随机振动加载频率范围、最大振动强度，边为对应地层扰动疑似区域的地层密实程度、地层结构稳定等级、地层振动敏感程度；基于振动序列确定模型对所述多个振动加载图谱进行处理，得到每个地层扰动疑似区域的固定振动加载序列、随机振动加载序列。

5、在一种可能的实现方式中，所述每个地层扰动疑似区域的人工振动加载序列包括每个地层扰动疑似区域的固定振动加载序列、随机振动加载序列。

6、根据第二方面，本发明提供一种基于缪子探测的盾构隧道施工中地层扰动识别系统，包括：图像获取模块，用于获取盾构施工影响区域的缪子通量扫描图像；监测区域确定模块，用于基于所述盾构施工影响区域的缪子通量扫描图像确定多个惰性气体注入监测区域；方案确定模块，用于基于所述盾构施工影响区域的缪子通量扫描图像、所述多个惰性气体注入监测区域，确定惰性气体注入测试方案；响应数据获取模块，用于执行所述惰性气体注入测试方案，并获取盾构施工影响区域的气体扩散响应数据、地层变形响应数据；疑似区域确定模块，用于基于所述盾构施工影响区域的气体扩散响应数据、地层变形响应数据，确定多个地层扰动疑似区域；序列确定模块，用于基于所述多个地层扰动疑似区域，确定每个地层扰动疑似区域的人工振动加载序列；激励采集模块，用于基于所述每个地层扰动疑似区域的人工振动加载序列对每个地层扰动疑似区域施加振动激励，并获取每个地层扰动疑似区域的振动响应数据、密度变化数据；异常预警模块，用于基于所述每个地层扰动疑似区域的振动响应数据、密度变化数据确定异常地层扰动区域，并发送地层扰动预警信息。

7、在一种可能的实现方式中，所述方案确定模块还用于：基于所述盾构施工影响区域的缪子通量扫描图像、所述多个惰性气体注入监测区域，确定多个备选惰性气体注入点信息；基于所述多个备选惰性气体注入点信息进行聚类得到多个备选注入点簇；基于所述多个备选注入点簇确定惰性气体注入测试方案。

8、在一种可能的实现方式中，所述序列确定模块还用于：基于每个地层扰动疑似区域的气体扩散响应数据、地层变形响应数据，确定每个地层扰动疑似区域的地层密实程度、地层结构稳定等级、地层振动敏感程度；基于所述每个地层扰动疑似区域的地层密实程度、地层结构稳定等级、地层振动敏感程度，确定每个地层扰动疑似区域的多个固定振动加载频率、随机振动加载频率范围、最大振动强度；构建多个振动加载图谱，每个振动加载图谱分别对应一个地层扰动疑似区域，每个振动加载图谱包括多个节点和多个边，多个节点包括多个固定振动频率节点、一个随机振动频率节点，每个固定振动频率节点分别与随机振动频率节点连接建立边，固定振动频率节点的节点特征为固定振动加载频率、最大振动强度，随机振动频率节点的节点特征为随机振动加载频率范围、最大振动强度，边为对应地层扰动疑似区域的地层密实程度、地层结构稳定等级、地层振动敏感程度；基于振动序列确定模型对所述多个振动加载图谱进行处理，得到每个地层扰动疑似区域的固定振动加载序列、随机振动加载序列。

9、在一种可能的实现方式中，所述每个地层扰动疑似区域的人工振动加载序列包括每个地层扰动疑似区域的固定振动加载序列、随机振动加载序列。

10、根据第三方面，本发明的实施例提供了一种电子设备，包括：处理器；存储器；以及计算机程序；其中，所述计算机程序存储在所述存储器中，并配置为由所述处理器执行以实现如前述的方法，所述方法包括：获取盾构施工影响区域的缪子通量扫描图像；基于所述盾构施工影响区域的缪子通量扫描图像确定多个惰性气体注入监测区域；基于所述盾构施工影响区域的缪子通量扫描图像、所述多个惰性气体注入监测区域，确定惰性气体注入测试方案；执行所述惰性气体注入测试方案，并获取盾构施工影响区域的气体扩散响应数据、地层变形响应数据；基于所述盾构施工影响区域的气体扩散响应数据、地层变形响应数据，确定多个地层扰动疑似区域；基于所述多个地层扰动疑似区域，确定每个地层扰动疑似区域的人工振动加载序列；基于所述每个地层扰动疑似区域的人工振动加载序列对每个地层扰动疑似区域施加振动激励，并获取每个地层扰动疑似区域的振动响应数据、密度变化数据；基于所述每个地层扰动疑似区域的振动响应数据、密度变化数据确定异常地层扰动区域，并发送地层扰动预警信息。

11、根据第四方面，本实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现前述提供的基于缪子探测的盾构隧道施工中地层扰动识别方法，所述方法包括：获取盾构施工影响区域的缪子通量扫描图像；基于所述盾构施工影响区域的缪子通量扫描图像确定多个惰性气体注入监测区域；基于所述盾构施工影响区域的缪子通量扫描图像、所述多个惰性气体注入监测区域，确定惰性气体注入测试方案；执行所述惰性气体注入测试方案，并获取盾构施工影响区域的气体扩散响应数据、地层变形响应数据；基于所述盾构施工影响区域的气体扩散响应数据、地层变形响应数据，确定多个地层扰动疑似区域；基于所述多个地层扰动疑似区域，确定每个地层扰动疑似区域的人工振动加载序列；基于所述每个地层扰动疑似区域的人工振动加载序列对每个地层扰动疑似区域施加振动激励，并获取每个地层扰动疑似区域的振动响应数据、密度变化数据；基于所述每个地层扰动疑似区域的振动响应数据、密度变化数据确定异常地层扰动区域，并发送地层扰动预警信息。

12、本发明至少具有如下有益效果：

13、1、本发明通过融合盾构施工影响区域信息、工程设计施工数据以及地质勘察数据，确定惰性气体注入监测区域与检测位置，并结合地层响应数据对盾构施工影响区域进行针对性检测，避免传统方式中依靠经验布设检测位置导致的检测范围不足，提高了地层状态获取的准确性。

14、2、本发明利用惰性气体注入后的气体扩散响应数据与地层变形响应数据，对盾构施工影响区域内的地层扰动疑似区域进行识别，并结合不同区域的地层状态信息优化后续分析过程，实现了对潜在地层扰动区域的提前定位，提高了异常地层状态识别的可靠性。

15、3、本发明基于地层扰动疑似区域的振动响应数据、密度变化数据进行进一步分析，确定异常地层扰动区域，并发送地层扰动预警信息，实现了从地层状态检测、扰动区域识别到施工风险预警的连续处理过程，能够提前发现后续盾构机开挖过程中可能产生地层松散、空隙增大或局部结构破坏风险的区域，提高了盾构施工安全性。