[发明专利]一种盾构隧道孤石波形线成像方法

说明书

本发明公开了一种盾构隧道孤石波形线成像方法，包括步骤：一、描述地质雷达的行程位置坐标和孤石的轮廓坐标；二、计算孤石的响应点坐标；三、筛选孤石响应有效点；四、离散的孤石响应有效点的曲线拟合；五、对孤石的响应曲线进行成像计算。本发明针对盾构隧道地质雷达超前探测的结果解译和分析，从地质雷达探测结果中解译并提取出孤石的响应特征曲线，并通过成像方法计算出孤石球径大小和位置的重要信息，为盾构施工中孤石的处治提供依据。

技术领域

本发明属于孤石波形线成像技术领域，具体涉及一种盾构隧道孤石波形线成像方法。

背景技术

珠三角地区的中南部，沿线地层起伏大，不同地层土体物理力学性质差异较大，盾构施工条件复杂。地层中还广泛分布着残积土层和全风化花岗岩土层，地层中常常有着大量强度高、硬度大的孤石发育，这对盾构隧道施工影响极大。诸多工程案例表明，球径小、数量多的孤石群易堵塞刀盘刀具，从而导致盾构道具磨损严重以及偏磨等，使得盾构施工被迫频繁换刀。球径中等的孤石会随着盾构机的掘进而发生随机移动和转动，这不仅对地层产生强烈扰动，还对刀盘施加方向多变的反力，进而导致盾构机姿态难以控制。球径大、强度高的孤石将直接引起盾构刀盘、刀具的变形和损坏，甚至能够对盾构机主轴造成伤害。分布在盾构机掘进断面内的孤石严重影响盾构隧道施工效率，给工程带来不可预期的施工风险，造成施工工期不可控，施工质量和安全均难以保证。因此，必须在盾构法施工前探查并摸清沿线孤石的分布情况，准确预报出孤石的大小和位置，保证施工的安全与成功。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种盾构隧道孤石波形线成像方法，针对盾构隧道地质雷达超前探测的结果解译和分析，从地质雷达探测结果中解译并提取出孤石的响应特征曲线，并通过成像方法计算出孤石球径大小和位置的重要信息，为盾构施工中孤石的处治提供依据，便于推广使用。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种盾构隧道孤石波形线成像方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、描述地质雷达的行程位置坐标和孤石的轮廓坐标：利用地质雷达在地面探测数据，其中，地质雷达的中心点与孤石的中心点所在平面垂直于水平面，地质雷达沿从孤石一侧先靠近孤石再远离孤石的行程路径移动；

以地质雷达的起点为坐标原点、地质雷达前进方向为x轴正方向、垂直向下为y轴正方向建立二维直角坐标系，根据公式描述地质雷达的行程位置坐标(x_D,y_D)，其中，v为地质雷达前进速度，t为地质雷达前进时间；

根据公式描述孤石的轮廓坐标(x_A,y_A)，其中，(x₀,y₀)为孤石中心点坐标，r为孤石有效半径，θ为地质雷达和孤石中心点的连线与水平线之间的夹角；

步骤二、根据公式计算孤石的响应点坐标(X,Y)；

步骤三、根据公式筛选孤石响应有效点(x_i,y_i)，其中，d为地质雷达到孤石中心点的距离，为电磁波与孤石外轮廓垂直程度，表示垂直；

步骤四、离散的孤石响应有效点的曲线拟合：采用双曲线型函数对离散的孤石响应有效点进行拟合，得到孤石的响应曲线；

步骤五、对孤石的响应曲线进行成像计算，过程如下：

步骤501、根据公式描述地质雷达的孤石球心的距离|DO|；