一种穿越岩溶通道的隧道结构及隧道穿越岩溶通道系统的制作方法

1.本发明属于隧道施工技术领域，尤其涉及一种穿越岩溶通道的隧道结构及隧道穿越岩溶通道系统。


背景技术：

2.目前，传统隧道结构穿越岩溶通道时，一般需在隧道底部设置排水沟，将原横穿隧道洞身的岩溶通道改沟至隧道底部，能够减少岩溶通道对隧道结构的影响。而目前实际工程中，由于岩溶通道的高程问题，传统隧道结构穿越岩溶通道时，需采用“倒虹吸”结构。“倒虹吸”结构会导致底部排水沟岩溶水聚积，进而导致排水沟内淤泥堆积，影响排水顺畅，严重堵塞时甚至会影响隧道结构本身安全。为解决淤泥堆积的问题，工程中经常会考虑在隧道侧面设置清淤检查井，运营过程中需定期清淤，增加了运营成本，且岩溶水较大时可能会通过清淤检查井冒出，进入隧道洞身，影响运营安全。因此，亟需设计一种新的穿越岩溶通道的隧道结构及隧道穿越岩溶通道方法和系统。
3.通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有解决淤泥堆积问题的方法中，定期清淤增加了运营成本，且岩溶水较大时可能会通过清淤检查井冒出，进入隧道洞身，影响运营安全。


技术实现要素：

4.针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种穿越岩溶通道的隧道结构及隧道穿越岩溶通道系统。
5.本发明是这样实现的，一种隧道穿越岩溶通道系统，所述隧道穿越岩溶通道系统包括：
6.岩溶边界判定模块，与中央控制模块连接，用于通过swg多波地震探测仪搭载检波器进行待挖掘停车带岩溶边界的判定；
7.中央控制模块，与岩溶边界判定模块、隧道断面挖掘模块、钻孔探测模块、断面数据分析模块连接，用于通过单片机和/或中央处理器协调控制所述隧道穿越岩溶通道的系统各个模块的正常运行；
8.隧道断面挖掘模块，与中央控制模块连接，用于通过隧道挖掘装置按照停车带的内轮廓扩挖隧道断面；
9.钻孔探测模块，与中央控制模块连接，用于通过钻孔探测装置进行隧道断面的钻孔探测，并利用钻进的注浆孔观察获取钻孔穿越区域的岩性、地质结构构造以及地下水情况信息；
10.断面数据分析模块，与中央控制模块连接，用于通过数据分析程序对获取的钻孔穿越区域的数据信息进行分析，获得地层、地性以及节理裂隙特征，包括以下步骤：
11.a.获取钻孔穿越区域的彩色图像作为输入图像；
12.b.利用归一化公式对输入的钻孔穿越区域的彩色图像进行归一化处理；
13.其中，所述归一化公式为：
[0014][0015]
其中，v2表示归一化的向量，表示开平方根操作，n表示未归一化向量v1的列数，∑表示累加操作，ei表示未归一化向量v1中的第i列元素，v1表示未归一化的向量；
[0016]
c.采用卷积神经网络特征提取算法获取归一化处理后的孔穿越区域图像的关于地层、地性以及节理裂隙的特征。
[0017]
进一步，所述隧道穿越岩溶通道系统，还包括：
[0018]
数据采集模块，与中央控制模块连接，用于通过数据采集设备获取待挖掘停车带的周边环境以及内外轮廓的数据信息；
[0019]
中央控制模块，与数据采集模块、整平层铺设模块、岩溶通道穿越模块、数据存储模块、更新显示模块连接，用于通过单片机和/或中央处理器协调控制所述隧道穿越岩溶通道的系统各个模块的正常运行；
[0020]
整平层铺设模块，与中央控制模块连接，用于在隧道衬砌顶部铺设整平层；
[0021]
岩溶通道穿越模块，与中央控制模块连接，用于通过挖掘装置进行岩溶通道的穿越，并在岩溶通道的高水位口设置拦水坝；
[0022]
数据存储模块，与中央控制模块连接，用于通过存储器存储待挖掘停车带的周边环境以及内外轮廓数据信息、岩溶边界判定信息、隧道断面挖掘信息、钻孔探测信息、断面数据分析结果、整平层铺设信息以及岩溶通道穿越信息；
[0023]
更新显示模块，与中央控制模块连接，用于通过显示器对获取的挖掘停车带的周边环境以及内外轮廓数据信息、岩溶边界判定信息、隧道断面挖掘信息、钻孔探测信息、断面数据分析结果、整平层铺设信息以及岩溶通道穿越信息的实时数据进行更新显示。
[0024]
进一步，所述岩溶通道穿越模块利用挖掘装置进行岩溶通道的穿越，在岩溶通道的高水位口设置拦水坝，具体过程为：
[0025]
当岩溶通道狭长时，利用挖掘装置从边墙基础通过；当隧道底部有较大溶洞流水时，在岩溶通道的高水位口设置拦水坝，并进行引流；或者在隧道底部以下砌筑圬工承重墙，作为支撑墙体，跨越而过。
[0026]
进一步，所述整平层铺设模块在隧道衬砌顶部铺设整平层，具体过程为：
[0027]
在隧道中安装供圈，隧道左右两侧安装边墙，隧道上下侧安装仰拱模板；安装完成后，整体结构对隧道起到支撑稳固作用；
[0028]
在隧道顶部凿除浮碴、清洗找平层，精确放样；支立模板和安设传力杆、胀缝板；在上侧摊铺混凝土，振捣混凝土，提浆、刮平；
[0029]
刮平完成后，进行木抹制毛、机械锯缝，拆模填缝。
[0030]
进一步，所述数据存储模块利用存储器存储待挖掘停车带的周边环境以及内外轮廓数据信息、岩溶边界判定信息、隧道断面挖掘信息、钻孔探测信息、断面数据分析结果、整平层铺设信息以及岩溶通道穿越信息，具体过程为：
[0031]
将待挖掘停车带的周边环境以及内外轮廓数据信息、岩溶边界判定信息、隧道断
面挖掘信息、钻孔探测信息、断面数据分析结果、整平层铺设信息以及岩溶通道穿越信息，建立相应的数据集；
[0032]
根据上述数据集中的数据，建立数据分类的类和组；并随机初始化它们各自的中心点；
[0033]
确定每个数据点到中心点的距离，距离与确定的设定值进行比较；
[0034]
小于该设定值，划归为一类；再计算每一类中中心点作为新的中心点；
[0035]
重复以上步骤，直到每一类中心在每次迭代后变化不大为止。
[0036]
进一步，所述岩溶边界判定模块中，所述通过swg多波地震探测仪搭载检波器进行待挖掘停车带的岩溶边界的判定，包括：
[0037]
(1)采用swg多波地震探测仪配置主频为5～15hz的sg-5m型检波器进行待挖掘停车带岩溶边界数据的采集；
[0038]
(2)现场采用瞬态瑞雷波的激发方式，在待挖掘停车带岩溶边界激发点上铺设厚度为10～20cm的粗砂垫层和厚橡胶垫；
[0039]
(3)采用重锤悬吊到1.5～2.5m的高度自由落下冲击激发点，对激发得到的记录行波波形进行解译，获得待挖掘停车带的岩溶边界的判定数据。
[0040]
进一步，所述钻孔探测模块中，所述通过钻孔探测装置进行隧道断面的钻孔探测，包括：
[0041]
(1)通过在隧道断面利用钻孔探测装置施工长钻孔；
[0042]
(2)钻孔施工过程中，采用钻孔冲洗液法和包含压力传感器的探测钻头测定覆岩破坏高度；
[0043]
(3)钻孔施工完毕后，采用钻孔探测仪伸入到所述探测孔中对隧道断面的钻孔结构面发育状况及其破坏特征进行观测、记录和分析。
[0044]
进一步，所述钻孔开口孔径80～120mm，终孔孔径70～90mm；所述钻孔探测仪数据传输线长度不小于100mm，探头直径40～60mm。
[0045]
本发明的另一目的在于提供一种应用所述的隧道穿越岩溶通道系统的穿越岩溶通道的隧道结构，所述穿越岩溶通道的隧道结构，包括岩溶通道以及穿越所述岩溶通道的隧道衬砌；
[0046]
其中，所述隧道结构采用钢筋混凝土整体浇筑，所述隧道衬砌的顶部铺设整平层，所述岩溶通道的高水位口设置拦水坝。
[0047]
进一步，所述拦水坝由混凝土制作而成，所述拦水坝的坝口与隧道衬砌之间的距离大于或等于5m。
[0048]
结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：本发明提供的隧道穿越岩溶通道系统，通过岩溶边界判定、隧道断面挖掘、钻孔探测、断面数据分析、整平层铺设以及岩溶通道穿越等核心技术方案，解决了现有技术中隧道穿越岩溶通道时遇到的排水及淤泥堆积问题，提高了隧道运营安全，降低了运营成本。同时，本发明采用瑞雷波检测技术对地下岩溶的边界进行判定，能够准确分析出岩溶的分布状态，对岩溶水的处治指导效果好，精度高，节省了注浆材料，缩短了对岩溶水的处治时间，降低了施工风险。
附图说明
[0049]
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0050]
图1是本发明实施例提供的隧道穿越岩溶通道系统结构框图；
[0051]
图中：1、数据采集模块；2、岩溶边界判定模块；3、中央控制模块；4、隧道断面挖掘模块；5、钻孔探测模块；6、断面数据分析模块；7、整平层铺设模块；8、岩溶通道穿越模块；9、数据存储模块；10、更新显示模块。
[0052]
图2是本发明实施例提供的隧道穿越岩溶通道方法流程图。
[0053]
图3是本发明实施例提供的岩溶边界判定模块进行待挖掘停车带的岩溶边界的判定方法流程图。
[0054]
图4是本发明实施例提供的钻孔探测模块进行隧道断面的钻孔探测的方法流程图。
[0055]
图5是本发明实施例提供的断面数据分析模块获得地层、地性以及节理裂隙特征的方法流程图。
具体实施方式
[0056]
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0057]
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种穿越岩溶通道的隧道结构及隧道穿越岩溶通道系统，下面结合附图对本发明作详细的描述。
[0058]
本发明实施例提供的穿越岩溶通道的隧道结构，包括岩溶通道以及穿越所述岩溶通道的隧道衬砌；其中，所述隧道结构采用钢筋混凝土整体浇筑，所述隧道衬砌的顶部铺设整平层，所述岩溶通道的高水位口设置拦水坝。
[0059]
本发明实施例提供的拦水坝由混凝土制作而成，所述拦水坝的坝口与隧道衬砌之间的距离大于或等于5m。
[0060]
如图1所示，本发明实施例提供的隧道穿越岩溶通道系统，包括数据采集模块1、岩溶边界判定模块2、中央控制模块3、隧道断面挖掘模块4、钻孔探测模块5、断面数据分析模块6、整平层铺设模块7、岩溶通道穿越模块8、数据存储模块9、更新显示模块10。
[0061]
数据采集模块1，与中央控制模块3连接，用于通过数据采集设备获取待挖掘停车带的周边环境以及内外轮廓的数据信息；
[0062]
岩溶边界判定模块2，与中央控制模块3连接，用于通过swg多波地震探测仪搭载检波器进行待挖掘停车带岩溶边界的判定；
[0063]
中央控制模块3，与数据采集模块1、岩溶边界判定模块2、隧道断面挖掘模块4、钻孔探测模块5、断面数据分析模块6、整平层铺设模块7、岩溶通道穿越模块8、数据存储模块9、更新显示模块10连接，用于通过单片机和/或中央处理器协调控制所述隧道穿越岩溶通道的系统各个模块的正常运行；
[0064]
隧道断面挖掘模块4，与中央控制模块3连接，用于通过隧道挖掘装置按照停车带的内轮廓扩挖隧道断面；
[0065]
钻孔探测模块5，与中央控制模块3连接，用于通过钻孔探测装置进行隧道断面的钻孔探测，并利用钻进的注浆孔观察获取钻孔穿越区域的岩性、地质结构构造以及地下水情况信息；
[0066]
断面数据分析模块6，与中央控制模块3连接，用于通过数据分析程序对获取的钻孔穿越区域的数据信息进行分析，获得地层、地性以及节理裂隙特征；
[0067]
整平层铺设模块7，与中央控制模块3连接，用于在隧道衬砌顶部铺设整平层；
[0068]
岩溶通道穿越模块8，与中央控制模块3连接，用于通过挖掘装置进行岩溶通道的穿越，并在岩溶通道的高水位口设置拦水坝；
[0069]
数据存储模块9，与中央控制模块3连接，用于通过存储器存储待挖掘停车带的周边环境以及内外轮廓数据信息、岩溶边界判定信息、隧道断面挖掘信息、钻孔探测信息、断面数据分析结果、整平层铺设信息以及岩溶通道穿越信息；
[0070]
更新显示模块10，与中央控制模块3连接，用于通过显示器对获取的挖掘停车带的周边环境以及内外轮廓数据信息、岩溶边界判定信息、隧道断面挖掘信息、钻孔探测信息、断面数据分析结果、整平层铺设信息以及岩溶通道穿越信息的实时数据进行更新显示。
[0071]
如图2所示，本发明实施例提供的隧道穿越岩溶通道方法包括以下步骤：
[0072]
s101，通过数据采集模块利用数据采集设备获取待挖掘停车带的周边环境以及内外轮廓的数据信息；通过岩溶边界判定模块利用swg多波地震探测仪搭载检波器进行待挖掘停车带岩溶边界的判定；
[0073]
s102，通过中央控制模块利用单片机和/或中央处理器协调控制所述隧道穿越岩溶通道的系统各个模块的正常运行；通过隧道断面挖掘模块利用隧道挖掘装置按照停车带的内轮廓扩挖隧道断面；
[0074]
s103，通过钻孔探测模块利用钻孔探测装置进行隧道断面的钻孔探测，并利用钻进的注浆孔观察获取钻孔穿越区域的岩性、地质结构构造以及地下水情况信息；
[0075]
s104，通过断面数据分析模块利用数据分析程序对获取的钻孔穿越区域的数据信息进行分析，获得地层、地性以及节理裂隙特征；
[0076]
s105，通过整平层铺设模块在隧道衬砌顶部铺设整平层；通过岩溶通道穿越模块利用挖掘装置进行岩溶通道的穿越，在岩溶通道的高水位口设置拦水坝；
[0077]
s106，数据存储模块利用存储器存储待挖掘停车带的周边环境以及内外轮廓数据信息、岩溶边界判定信息、隧道断面挖掘信息、钻孔探测信息、断面数据分析结果、整平层铺设信息以及岩溶通道穿越信息；
[0078]
s107，通过更新显示模块利用显示器对挖掘停车带的周边环境以及内外轮廓数据信息、岩溶边界判定信息、隧道断面挖掘信息、钻孔探测信息、断面数据分析结果、整平层铺设信息以及岩溶通道穿越信息的实时数据进行更新显示。
[0079]
如图3所示，本发明实施例提供的步骤s101中，所述岩溶边界判定模块利用swg多波地震探测仪搭载检波器进行待挖掘停车带的岩溶边界的判定，包括：
[0080]
s201，采用swg多波地震探测仪配置主频为5～15hz的sg-5m型检波器进行待挖掘停车带岩溶边界数据的采集；
[0081]
s202，现场采用瞬态瑞雷波的激发方式，在待挖掘停车带岩溶边界激发点上铺设厚度为10～20cm的粗砂垫层和厚橡胶垫；
[0082]
s203，采用重锤悬吊到1.5～2.5m的高度自由落下冲击激发点，对激发得到的记录波形进行解译，获得待挖掘停车带的岩溶边界的判定数据。
[0083]
如图4所示，本发明实施例提供的步骤s103中，所述钻孔探测模块利用钻孔探测装置进行隧道断面的钻孔探测，包括：
[0084]
s301，通过在隧道断面利用钻孔探测装置施工长钻孔；
[0085]
s302，钻孔施工过程中，采用钻孔冲洗液法和包含压力传感器的探测钻头测定覆岩破坏高度；
[0086]
s303，钻孔施工完毕后，采用钻孔探测仪伸入到所述探测孔中对隧道断面的钻孔结构面发育状况及其破坏特征进行观测、记录和分析。
[0087]
本发明实施例提供的钻孔开口孔径80～120mm，终孔孔径70～90mm；所述钻孔探测仪数据传输线长度不小于100mm，探头直径40～60mm。
[0088]
如图5所示，本发明实施例提供的步骤s104中，所述断面数据分析模块利用数据分析程序对获取的钻孔穿越区域的数据信息进行分析，获得地层、地性以及节理裂隙特征，包括：
[0089]
s401，获取钻孔穿越区域的彩色图像作为输入图像；
[0090]
s402，利用归一化公式对输入的钻孔穿越区域的彩色图像进行归一化处理；
[0091]
s403，采用卷积神经网络特征提取算法获取归一化处理后的孔穿越区域图像的关于地层、地性以及节理裂隙的特征。
[0092]
本发明实施例提供的利用归一化公式对输入的钻孔穿越区域的彩色图像进行归一化处理，包括：
[0093][0094]
其中，v2表示归一化的向量，表示开平方根操作，n表示未归一化向量v1的列数，∑表示累加操作，ei表示未归一化向量v1中的第i列元素，v1表示未归一化的向量。
[0095]
本发明实施例提供的s105中，通过岩溶通道穿越模块利用挖掘装置进行岩溶通道的穿越，在岩溶通道的高水位口设置拦水坝，具体过程为：
[0096]
当岩溶通道狭长时，利用挖掘装置从边墙基础通过；当隧道底部有较大溶洞流水时，在岩溶通道的高水位口设置拦水坝，并进行引流；或者在隧道底部以下砌筑圬工承重墙，作为支撑墙体，跨越而过。
[0097]
本发明实施例提供的s105中，整平层铺设模块在隧道衬砌顶部铺设整平层，具体过程为：
[0098]
在隧道中安装供圈，隧道左右两侧安装边墙，隧道上下侧安装仰拱模板；安装完成后，整体结构对隧道起到支撑稳固作用；
[0099]
在隧道顶部凿除浮碴、清洗找平层，精确放样；支立模板和安设传力杆、胀缝板；在上侧摊铺混凝土，振捣混凝土，提浆、刮平；
[0100]
刮平完成后，进行木抹制毛、机械锯缝，拆模填缝。
[0101]
本发明实施例提供的s106中，数据存储模块利用存储器存储待挖掘停车带的周边环境以及内外轮廓数据信息、岩溶边界判定信息、隧道断面挖掘信息、钻孔探测信息、断面数据分析结果、整平层铺设信息以及岩溶通道穿越信息，具体过程为：
[0102]
将待挖掘停车带的周边环境以及内外轮廓数据信息、岩溶边界判定信息、隧道断面挖掘信息、钻孔探测信息、断面数据分析结果、整平层铺设信息以及岩溶通道穿越信息，建立相应的数据集；
[0103]
根据上述数据集中的数据，建立数据分类的类和组；并随机初始化它们各自的中心点；
[0104]
确定每个数据点到中心点的距离，距离与确定的设定值进行比较；
[0105]
小于该设定值，划归为一类；再计算每一类中中心点作为新的中心点；
[0106]
重复以上步骤，直到每一类中心在每次迭代后变化不大为止。
[0107]
在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0108]
在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用全部或部分地以计算机程序产品的形式实现，所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载或执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本发明实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(dsl)或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输)。所述计算机可读取存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质(例如软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如dvd)、或者半导体介质(例如固态硬盘solid state disk(ssd))等。
[0109]
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。