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CN117973007A - 隧道钻爆参数控制方法、装置、设备及可读存储介质 - Google Patents

隧道钻爆参数控制方法、装置、设备及可读存储介质 Download PDF

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CN117973007A
CN117973007A CN202410068679.1A CN202410068679A CN117973007A CN 117973007 A CN117973007 A CN 117973007A CN 202410068679 A CN202410068679 A CN 202410068679A CN 117973007 A CN117973007 A CN 117973007A
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CN
China
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drilling
parameters
blasting
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parameter
Prior art date
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Application number
CN202410068679.1A
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李馨芳
郑传赞
胡祺
张晓平
唐少辉
张旗
解玄
刘勇斌
郭创科
刘丙森
王红武
廖宇
黄融
张洲
薛赞
覃江船
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Sichuan Lexi Expressway Co ltd
Wuhan University WHU
China Railway 18th Bureau Group Co Ltd
Tunnel Engineering Co Ltd of China Railway 18th Bureau Group Co Ltd
Original Assignee
Sichuan Lexi Expressway Co ltd
Wuhan University WHU
China Railway 18th Bureau Group Co Ltd
Tunnel Engineering Co Ltd of China Railway 18th Bureau Group Co Ltd
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Publication date
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Abstract

一种隧道钻爆参数控制方法、装置、设备及可读存储介质，涉及隧道工程技术领域，包括获取钻机基于预设的施工作业方案钻入掌子面围岩后对应的目标随钻参数；将目标随钻参数输入围岩分级模型，得到包括岩石强度系数、岩体完整性系数和围岩等级的水文地质参数及其对应的三维空间信息；将水文地质参数及其对应的三维空间信息、预设的工程设计参数及炮孔孔网参数输入至爆破支护参数设计模型，得到与三维空间信息对应的目标围岩处的目标爆破设计参数和目标支护设计参数，将目标爆破设计参数和目标支护设计参数作为目标围岩处开挖与支护施工的隧道钻爆参数。本申请可准确实现爆破设计参数与支护设计参数的设计控制，以有效确保隧道爆破质量和支护质量。

Description

隧道钻爆参数控制方法、装置、设备及可读存储介质
技术领域
本申请涉及隧道工程技术领域，具体涉及一种隧道钻爆参数控制方法、装置、设备及可读存储介质。
背景技术
目前钻爆法仍然是隧道开挖过程中的主要施工方法，钻爆隧道施工质量及效果直接受爆破设计参数与支护设计参数等钻爆参数的影响。其中，传统的爆破参数与支护参数通常是基于地勘资料数据中的围岩等级进行设计的；然而由于传统地勘方法探测地下岩土体结构存在精度低、地层结构识别准确性不高以及数字化程度低等问题，以致无法准确获取隧道各个掌子面以及掌子面内各个部位的围岩等级，进而无法实现爆破参数与支护参数的精确设计，从而影响隧道爆破质量和支护质量。由此可见，如何准确实现爆破设计参数与支护设计参数的设计控制，以确保隧道爆破质量和支护质量是当前亟需解决的问题。
发明内容
本申请提供一种隧道钻爆参数控制方法、装置、设备及可读存储介质，可以解决现有技术中存在的无法准确实现爆破设计参数与支护设计参数的设计控制技术问题，以确保隧道爆破质量和支护质量。
第一方面，本申请实施例提供一种隧道钻爆参数控制方法，所述隧道钻爆参数控制方法包括：
获取钻机基于预设的施工作业方案钻入掌子面围岩后对应的目标随钻参数，所述目标随钻参数包括钻进时程参数和钻孔轨迹参数，所述钻孔轨迹参数用于确定与所述钻进时程参数对应的三维坐标；
将目标随钻参数输入至预设的围岩分级模型，以得到水文地质参数及其对应的三维空间信息，所述围岩分级模型由岩石强度子模型和岩体完整性子模型构建而成，所述水文地质参数包括岩石强度系数、岩体完整性系数及围岩等级；
将水文地质参数及其对应的三维空间信息、预设的工程设计参数及预设的炮孔孔网参数输入至预设的爆破支护参数设计模型，以得到与三维空间信息对应的目标围岩处的目标爆破设计参数和目标支护设计参数，将所述目标爆破设计参数和目标支护设计参数作为目标围岩处开挖与支护施工的隧道钻爆参数。
第二方面，本申请实施例提供了一种隧道钻爆参数控制装置，所述隧道钻爆参数控制装置包括：
参数获取单元，其用于获取钻机基于预设的施工作业方案钻入掌子面围岩后对应的目标随钻参数，所述目标随钻参数包括钻进时程参数和钻孔轨迹参数，所述钻孔轨迹参数用于确定与所述钻进时程参数对应的三维坐标；
第一处理单元，其用于将目标随钻参数输入至预设的围岩分级模型，以得到水文地质参数及其对应的三维空间信息，所述围岩分级模型由岩石强度子模型和岩体完整性子模型构建而成，所述水文地质参数包括岩石强度系数、岩体完整性系数及围岩等级；
参数控制单元，其用于将水文地质参数及其对应的三维空间信息、预设的工程设计参数及预设的炮孔孔网参数输入至预设的爆破支护参数设计模型，以得到与三维空间信息对应的目标围岩处的目标爆破设计参数和目标支护设计参数，将所述目标爆破设计参数和目标支护设计参数作为目标围岩处开挖与支护施工的隧道钻爆参数。
第三方面，本申请实施例提供了一种隧道钻爆参数控制设备，所述隧道钻爆参数控制设备包括处理器、存储器以及存储在所述存储器上并可被所述处理器执行的隧道钻爆参数控制程序，其中所述隧道钻爆参数控制程序被所述处理器执行时，实现如前述的隧道钻爆参数控制方法的步骤。
第四方面，本申请实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有隧道钻爆参数控制程序，其中所述隧道钻爆参数控制程序被处理器执行时，实现如前述的隧道钻爆参数控制方法的步骤。
本申请实施例提供的技术方案带来的有益效果包括：
通过获取钻机基于预设的施工作业方案钻入掌子面围岩后对应的包括钻进时程参数和钻孔轨迹参数的目标随钻参数，将目标随钻参数输入至围岩分级模型，以得到包括岩石强度系数、岩体完整性系数及围岩等级在内的水文地质参数及其对应的三维空间信息；将水文地质参数及其对应的三维空间信息、预设的工程设计参数及预设的炮孔孔网参数输入至预设的爆破支护参数设计模型，以得到与三维空间信息对应的目标围岩处的目标爆破设计参数和目标支护设计参数，以准确实现爆破设计参数与支护设计参数的设计控制；再将目标爆破设计参数和目标支护设计参数作为目标围岩处开挖与支护施工的隧道钻爆参数，可有效确保隧道爆破质量和支护质量。
附图说明
图1为本申请隧道钻爆参数控制方法实施例的流程示意图；
图2为本申请隧道钻爆参数控制装置实施例的功能单元示意图；
图3为本申请实施例方案中涉及的隧道钻爆参数控制设备的硬件结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请实施方式作进一步地详细描述。
第一方面，本申请实施例提供一种隧道钻爆参数控制方法。
一实施例中，参照图1，图1为本申请隧道钻爆参数控制方法实施例的流程示意图。如图1所示，隧道钻爆参数控制方法包括：
步骤S10：获取钻机基于预设的施工作业方案钻入掌子面围岩后对应的目标随钻参数，所述目标随钻参数包括钻进时程参数和钻孔轨迹参数，所述钻孔轨迹参数用于确定与所述钻进时程参数对应的三维坐标。
示范性的，可以理解的是，对于隧道的钻爆施工作业来说，往往不是进行一轮施工即可完成，而需要进行多轮次的施工作业；因此，本实施例中的施工作业方案包括但不限于确定单个循环开挖方法、单个循环开挖进尺、单个循环台阶高度、单个循环炮眼类型及数量、单个循环炮孔排间距、单个循环钻孔方位、单个循环钻孔深度、单个循环钻孔角度以及单个循环钻孔直径。
数字钻探测试技术为实施炮孔钻探过程的数字化、智能化提供了一种新思路。于是，本实施例将基于预设的本循环施工作业方案对全断面炮孔实施数字化钻探，以获取钻机钻入掌子面前方围岩后的目标随钻参数；其中，目标随钻参数包括钻进时程参数和钻孔轨迹参数，钻进时程参数包括时间参数、位移参数、速度参数、压力参数以及信号参数等；钻孔轨迹参数是将钻进过程中监测得到的钻头三维坐标生成连续的钻孔轨迹数据，并将其与其他目标随钻参数相匹配，生成具有连续三维坐标的目标随钻参数空间数据，即钻孔轨迹参数用于确定各个钻进时程参数对应的三维坐标。
进一步地，一实施例中，所述钻进时程参数包括钻进速度、钻头扭矩、钻杆转速、推进压力、冲击压力、声频信号、振动信号、冲洗液流量和钻进比能。其中，所述钻进时程参数为滤除辅助操作后生成的纯钻进时程参数，辅助操作包括空钻、停机和加卸杆。
示范性的，在本实施例中，钻进时程参数包括钻进过程中对应的钻进速度、钻头扭矩、钻杆转速、推进压力、冲击压力、声频信号、振动信号、冲洗液流量以及钻进比能。其中，钻进时程参数可优选为纯钻进时程参数，则纯钻进时程参数包括纯钻进速度、纯钻头扭矩、纯钻杆转速、纯推进压力、纯冲击压力、纯声频信号、纯振动信号、纯冲洗液流量和纯钻进比能，以保证爆破设计参数和支护设计参数的设计不受其他操作影响，进而提高爆破设计参数和支护设计参数的准确性。可以理解的是，纯钻进时程参数是经过数据降噪、异常值处理以及缺失值处理等数据预处理后的纯钻进数据，即滤除了空钻、停机、加卸杆等辅助操作的破岩过程数据。
以下实施例将以钻进时程参数是纯钻进时程参数为例进行隧道钻爆参数控制的方法和原理的阐释。
本实施例中的数字化钻探是通过安装有钻孔时序监测系统的钻机进行钻探后获取目标随钻参数，并采用钻孔时序数据分析方法获取目标随钻参数中用于破岩的纯钻进时程数据。
具体的，通过采用钻孔时序监测系统对气动凿岩机进行数字化改造，可实现钻进过程中电液参数、声频信号、振动信号等随钻参数的实时监测与分析。其中，钻孔时序监测系统由传感器单元和数据处理单元组成，传感器单元将监测得到的电液参数、声频信号、振动信号等随钻参数以电压或电子脉冲信号传输至便携式数据采集模块，然后储存并绘制于便携式计算机内，再通过数据处理单元进行钻孔时序监测数据的实时处理分析。不同于传统的随钻测量系统，钻孔时序监测系统通过按给定时间间隔(比如1～5Hz)进行采样，实现了钻孔全过程时间序列监测，且通过采用钻孔时序数据分析方法能够完全分离出附加在时程曲线中的小幅度高频率钻机随机振动位移，获取仅用于钻头破岩的钻进过程随钻数据。
其中，可通过以下传感器完成目标随钻参数的监测：液压传感器安装于钻机推进装置和回转装置的输油管道，用于监测推进压力和钻头扭矩；气压传感器安装在钻机高压风管上，用于监测冲击压力；转速传感器安装在钻杆上，用于监测钻头转速；通过拉绳位移传感器监测钻头位移，其一端固定在主机平台上，拉绳端固定在动力头上随着钻杆一起移动；流量传感器安装在水管与钻机的接口处，用于监测冲洗液流量；声压传感器固定在钻杆靠近钻头端，用于监测声频信号；加速度传感器分别安装在钻杆的轴向、径向和切向位置，用于监测振动信号；陀螺仪或加速度计等传感器件安装在钻杆前端，用于监测包括钻孔倾角、方位角及工具面角在内的钻孔轨迹参数。需要说明的是，上述仪器设备仅是实施例呈现，具体可根据实际需求选择与安装，不过应满足包括但不限于灵敏度、分辨率、精确度、采样频率、测量范围、安装尺寸等技术参数要求。
本实施例中，将对采用钻孔时序数据分析方法获取纯钻进时程数据的原理进行解释说明。
1)通过以下公式获取钻孔过程中监测的随钻参数值：
DPy(Tx)＝f(Tx)
式中，DPy为钻孔过程中监测的随钻参数值，y为监测的随钻参数种类(该种类包括但不限于钻进时间、钻进深度、钻头扭矩、钻杆转速、推进压力、冲击压力、声频信号、振动信号、冲洗液流量)，f为传感器检测值与目标随钻参数值之间的转换关系，Tx为整个钻孔过程的采样时间(Tx＝Tx-1+ΔT，x＝1,2,...,X，X表示整个钻孔过程的最大采样时间，ΔT为采样间隔，T0为整个钻孔过程的开始采样时间)，优选的，本实施例取ΔT＝2s。
2)获取纯钻进过程对应的纯钻进时程参数：
根据预先确定的随钻参数DPy(Tx)对应的阈值范围ay和by，获取ay＜DPy(Tx)＜by范围内的纯钻进时程参数DPy(Tj)。其中，y为部分随钻参数种类，其包括纯钻头扭矩、纯推进压力、纯钻杆转速、纯冲击压力、纯冲洗液流量、纯声频信号、纯振动信号等在内的纯钻进时程参数。阈值大小ay和by是受地层和钻机影响的值，其可以通过将纯钻进过程参数DPy(Tj)对应的纯钻进深度DPadv(Tj)与人工编录的钻孔深度相互对比来进行优化。
3)获取纯钻进过程的累积钻进时程数据：
式中，Mtotal(Tj)为纯钻进过程第j秒的累积钻进深度，为第1根钻杆到第K根钻杆的累积钻进深度。
4)获取纯钻进过程的纯钻进速度段：
式中，Tj为纯钻进过程的第j秒(j＝i+1,i+2,…,n，n为纯钻进过程的最后一秒)，i为预设的纯钻进时间段，为纯钻进过程第j秒的纯钻进速度值，Mtotal(Tj)为纯钻进过程第j秒的累积钻进深度值；获取所有的纯钻进速度值/>后，判断/>和/>的关系，若时，则表示纯钻进过程的第j+1秒为下一个纯钻进速度段，反之若则表示纯钻进过程的第j+1秒仍为该纯钻进速度段，依次循环来判断出每一个纯钻进速度值Vj所处的纯钻进速度段，进而划分出整个钻孔过程的所有纯钻进速度段。
5)获取纯钻进速度段对应的纯钻进时程参数值：
式中，为纯钻进速度段对应的纯钻进过程的纯钻进时程参数值，DPy(Tj)为纯钻进时程参数在第j秒的实时监测值，DPy(T0)为纯钻进时程参数在空转(正转)时的监测值。其中，纯钻进速度段对应的纯钻进时程参数包括纯钻头扭矩、纯推进压力、纯钻杆转速、纯冲击压力、纯声频信号、纯振动信号、纯冲洗液流量。
步骤S20：将目标随钻参数输入至预设的围岩分级模型，以得到水文地质参数及其对应的三维空间信息，所述围岩分级模型由岩石强度子模型和岩体完整性子模型构建而成，所述水文地质参数包括岩石强度系数、岩体完整性系数及围岩等级。
示范性的，在本实施例中，基于纯钻进速度、纯钻头扭矩、纯钻杆转速、纯推进压力、纯冲击压力、纯声频信号、纯振动信号、纯冲洗液流量、纯钻进比能和钻孔轨迹参数构建岩石强度子模型；基于纯钻进速度、纯钻头扭矩、纯声频信号、纯振动信号、纯钻进比能和钻孔轨迹参数构建岩体完整性子模型；根据岩石强度子模型和岩体完整性子模型构建出围岩分级模型。将目标随钻参数输入至该围岩分级模型，即可得到包括岩石强度系数、岩体完整性系数及围岩等级在内的水文地质参数及其对应的三维空间信息。
进一步地，一实施例中，所述岩石强度子模型为：
所述岩体完整性子模型为：
所述围岩分级模型为：
BQ＝100+3RS+250RI
式中，RS表示与三维空间信息对应的目标围岩处的岩石强度系数，b0表示常数项，bx表示第x个第一钻进时程参数的偏向回归系数，表示第x个第一钻进时程参数，n表示第一钻进时程参数的个数，第一钻进时程参数为钻进速度、钻头扭矩、钻杆转速、推进压力、冲击压力、声频信号、振动信号、冲洗液流量和钻进比能中的任意一个，则n＝9。
RI表示与三维空间信息对应的目标围岩处的岩体完整性系数，c0表示截距，c表示斜率，表示第y个第二钻进时程参数在第j采样段的最大值，j∈[1,l]，l表示整个钻孔长度，/>表示第y个第二钻进时程参数在整个钻孔长度上的平均值，/>表示第y个第二钻进时程参数的标准差，λy表示第y个第二钻进时程参数的权重系数，i表示第二钻进时程参数的个数，第二钻进时程参数为钻进速度、钻头扭矩、声频信号、振动信号和钻进比能中的任意一个，则i＝5；BQ表示与三维空间信息对应的目标围岩处的岩体质量指数且岩体质量指数与围岩等级之间具有映射关系。
示范性的，可以理解的是，钻遇岩石强度可以通过第一钻进时程参数x的响应进行定量识别，例如岩石强度越大时，对应的纯钻进速度越小、纯钻进比能越大，不同的第一钻进时程参数x对岩石强度的响应规律和响应程度也有差异，且不同的第一钻进时程参数x之间也具有一定的关联性。逐步回归法主要是解决多变量共线性问题，通过将变量一个接着一个引入，并在引入一个新变量后，对已入选回归模型的旧变量逐个进行检验，将认为没有意义的变量删除，直到没有新变量引入也没有旧变量删除，以保证回归模型中每一个变量都有意义。本实施例可采用逐步回归法将实验第一钻进时程参数依次引入回归方程，得到反映岩石强度的最优回归方程，即岩石强度子模型可通过逐步回归法确定。
具体的，逐步回归法的计算步骤为：首先，计算每个实验第一钻进时程参数对实验岩石强度系数的偏向回归平方和，根据偏向回归平方和从大到小依次逐个引入回归方程；其次，对引入的变量进行假设检验，若通过则引入回归方程，并对方程已有的变量进行假设检验，把贡献最小且退化为不显著的实验第一钻进时程参数剔除；最后，重复上述步骤直至既无自变量可引入回归方程，又无自变量从回归方程中剔除为止，最后所得到的即为最优回归方程，进而生成岩石强度子模型。优选的，可以选取平均绝对误差、均方根误差或AIC准则作为评价指标，以评价岩石强度子模型的预测效果。可以理解的是，实验第一钻进时程参数和实验岩石强度系数是通过数字钻探测试和岩石强度测试(如单轴抗压强度测试)获取的本项目前期循环的第一钻进时程参数和岩石强度系数。
其中，用于生成岩石强度子模型的第一钻进时程参数x包括纯钻进速度、纯钻头扭矩、纯钻杆转速、纯推进压力、纯冲击压力、纯声频信号、纯振动信号、纯冲洗液流量以及纯钻进比能；纯钻进速度可采用钻孔时序数据分析方法对累积纯钻进深度和累积纯钻进时间进行处理分析后获得；纯钻头扭矩、纯钻杆转速、纯推进压力、纯冲击压力和纯冲洗液流量可采用相应的传感器直接测量并进行处理分析后获得；纯声频信号和纯振动信号可通过对传感器测量的信号数据进行频谱特征分析后，获取纯声频信号评价指标和纯振动信号评价指标；纯钻进比能可对纯钻进速度、纯钻头扭矩、纯钻杆转速、纯推进压力以及纯冲击压力进行计算处理获得。
可以理解的是，纯声频信号评价指标可采用以下计算方式得到：
式中，为第z个纯钻进速度段对应的纯声频信号评价指标值，/>为破岩钻进时第z个纯钻进速度段的前3个最大主成分频率对应的声压值(z＝1,2,...,N，N为钻孔过程的最后一个纯钻进速度段)，c为6000Hz～8000Hz范围内的最大主成分频率，SL0为空转时的平均声压值。
纯振动信号评价指标可采用以下计算方式得到：
式中，为第z个纯钻进速度段对应的纯振动信号评价指标值，Aze为破岩钻进时第z个纯钻进速度段对应的e向振动加速度值(e＝1,2,3，其分别表示钻杆的轴向、径向以及切向)，A0e为空转时对应的e向振动加速度值。
纯钻进比能可采用以下计算公式得到：
式中，为纯钻进比能，/>为纯推进压力，/>为纯钻进速度，/>为纯钻头扭矩，为纯钻杆转速，/>为纯冲击压力，η为冲击传递效率(优选η＝0.5)，t为脉冲持续时长，f为冲击频率，Δa为冲击活塞的前后面积差，m为冲击活塞质量，A为钻孔横截面积。
应当理解的是，钻遇岩体内可能包括节理裂隙、软弱面等地质结构，因此可以通过岩体完整性系数反应其数量和大小。第二钻进时程参数y为能够反映钻遇岩体结构变化且对岩体结构响应度高的随钻参数，具体包括纯钻进速度、纯钻头扭矩、纯声频信号、纯振动信号以及纯钻进比能。其中，对于岩体完整性子模型而言，采样点j是将整个钻孔长度l按纯钻进时间分成若干个采样段，即j＝1,2,…,l，其数值大小是根据数据采集精度、岩体识别要求、硬件运算能力等综合确定。优选的，本实施例取一个采样段的长度为20，即每个采样段为20s的纯钻进时程数据。需要说明的是，拟合系数c0和c可通过数字钻探测试和岩体波速测试获取本项目前期循环的实验纯钻进时程参数和实验岩体完整性系数来确定。可以理解的是，随着掌子面不断向前掘进，大量的实验纯钻进时程参数和实验岩体完整性系数不断增加至样本库，使得拟合系数c0和c对本项目地层的适应度越来越高，预测效果也越来越好。
需要说明的是，钻孔轨迹参数用于确定岩石强度子模型和岩体完整性子模型中钻进时程参数对应的三维空间坐标，进而生成包含钻遇岩体目标岩石强度系数和目标岩体完整性系数的三维空间数据。具体的，基于气动凿岩机上的定位装置确定预钻进的掌子面里程桩号，然后按照本循环施工作业方案对掌子面前方围岩进行数字化钻探，钻进过程中实时对比钻头运动轨迹与预设钻孔方位是否一致，以确保钻头沿预设钻孔轨迹向前钻探；钻孔时序监测系统在钻进过程中会自动将钻头三维坐标与纯钻进时程参数相匹配，采集并记录具有三维空间坐标的纯钻进时程参数。
本实施例通过岩石强度子模型和岩体完整性子模型来构建围岩分级模型：BQ＝100+3RS+250RI；需要说明的是，当RS＞90RI+30时，应以RS＝90RI+30和RI代入计算岩体质量指数BQ值；当RI＞0.04RS+0.4时，应以RI＝0.04RS+0.4和RS代入计算岩体质量指数BQ值。其中，如表1所示，基于岩体质量指数BQ将围岩等级分为五类。
表1围岩等级分类
岩体质量指数BQ >550 550～451 450～351 350～251 <250
围岩等级 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ
可以理解的是，获取掌子面前方全断面围岩的围岩等级的方法是通过生成的包含钻遇岩体的岩石强度系数和岩体完整性系数的三维空间数据获取钻遇岩体的围岩质量BQ及围岩等级；然后基于钻遇岩体的围岩质量及围岩等级并采用空间插值方法来获取钻孔之间的围岩质量及围岩等级，进而生成钻孔轨迹范围内的三维全断面围岩质量及围岩等级判识结果。具体的，本实施例中的空间插值方法可以分别采用反距离权重插值、自然领域插值、克里金插值获取对应的插值模型，然后采用交叉验证法对三个插值模型进行精度验证，取均方根误差最小的插值模型为最终的空间插值方法，若两个模型精度相差不大(即RMSE<2％)，也可将两个插值处理结果堆叠求得。
步骤S30：将水文地质参数及其对应的三维空间信息、预设的工程设计参数及预设的炮孔孔网参数输入至预设的爆破支护参数设计模型，以得到与三维空间信息对应的目标围岩处的目标爆破设计参数和目标支护设计参数，将所述目标爆破设计参数和目标支护设计参数作为目标围岩处开挖与支护施工的隧道钻爆参数。
其中，所述爆破支护参数设计模型包括爆破参数设计子模型和支护参数设计子模型；所述爆破参数设计子模型的输入为水文地质参数及其对应的三维空间信息、所述工程设计参数及所述炮孔孔网参数，所述爆破参数设计子模型的输出为目标装药参数和目标爆炸参数；所述支护参数设计子模型的输入为目标装药参数、目标爆炸参数、水文地质参数及其对应的三维空间信息、所述工程设计参数及所述炮孔孔网参数，所述支护参数设计子模型的输出为目标爆破设计参数和目标支护设计参数。
示范性的，在本实施例中，基于类似工程施工经验、本项目前期的施工作业方案和本项目前期的施工作业质量来生成爆破支护参数设计模型。具体的，首先基于类似工程地质条件施工经验参数、本项目前期的施工作业方案和本项目前期的施工作业质量构建样本库，采用深度神经网络构建爆破支护参数设计模型；将样本库代入爆破支护参数设计模型进行训练。
其中，样本库包括其他类似工程参数以及本项目前期参数，参数类型为工程设计参数、水文地质参数、炮孔孔网参数、爆破设计参数、支护设计参数。其中，工程设计参数包括单个循环断面形状及尺寸、单个循环开挖方法(其可分为全断面开挖法、台阶法、分部开挖法，也可以分为全断面开挖法、台阶法、三台阶七步开挖法、环形开挖留核心土法、CD法、CRD法、单侧壁导坑法和双侧壁导坑法)、单个循环开挖方量、单个循环开挖进尺、单个循环工期、单个循环造价；水文地质参数包括单个循环岩石强度系数、单个循环岩体完整性系数、单个循环围岩等级；炮孔孔网参数包括单个循环炮孔直径、单个循环炮孔深度、单个循环炮孔排间距、单个循环炮眼类型(比如掏槽眼、辅助眼、周边眼)及其数量。
爆破设计参数包括单个循环装药参数、单个循环爆炸参数、单个循环爆破效果预测参数；而单个循环装药参数则包括炸药类型、装药长度、装药结构、炸药单耗、装药系数、填塞长度和不耦合系数，单个循环爆炸参数包括起爆段数、各段时差、传爆长度及爆破范围，单个循环爆破效果预测参数包括预估围岩超欠挖量、预估岩渣大块率、预估爆破根底体积。支护设计参数包括单个循环支护方式、单个循环支护强度、单个循环支护时机和单个循环支护效果预测参数，而单个循环支护效果预测参数为预估围岩最大变形量。
需要说明的是，爆破支护参数设计模型包括爆破参数设计子模型和支护参数设计子模型，两者均可优选为深度卷积神经网络模型，即均包括输入层、隐含层和输出层。其中，爆破参数设计子模型的输入层对应工程设计参数、水文地质参数、炮孔孔网参数中的13个参数(即单个循环断面形状及尺寸、单个循环开挖方法、单个循环开挖方量、单个循环开挖进尺、单个循环工期、单个循环造价、单个循环岩石强度系数、单个循环岩体完整性系数、单个循环围岩等级、单个循环炮孔直径、单个循环炮孔深度、单个循环炮孔排间距、单个循环炮眼类型及其数量)，选其特征作为参数，比如单个循环围岩等级分为5种(即等级Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ)；隐含层包括卷积层、池化层和全连接层；输出层则对应单个循环装药参数和单个循环爆炸参数中的10个参数(即炸药类型、装药长度、装药结构、炸药单耗、装药系数、填塞长度、不耦合系数、起爆段数、各段时差、传爆长度及爆破范围)，选其特征作为参数，比如装药结构分为4种(如耦合装药、不耦合装药、连续装药和间隔装药)。
支护参数设计子模型的输入层对应工程设计参数、水文地质参数、炮孔孔网参数中的13个参数以及爆破参数设计子模型输出的装药参数、爆炸参数中的10个参数；经过支护参数设计子模型处理后输出单个循环爆破效果预测参数和单个循环支护设计参数中的7个参数(即预估围岩超欠挖量、预估岩渣大块率、预估爆破根底体积、单个循环支护方式、单个循环支护强度、单个循环支护时机、预估围岩最大变形量)，选其特征作为参数，比如单个循环支护方式分为5种(如锚杆支护、喷混支护、锚网喷支护、钢拱架支护和预应力锚杆/索支护)。
具体的，以采用深度卷积神经网络模型获取爆破参数设计子模型中对应的10个单个循环装药参数和单个循环爆炸参数为例，计算步骤为：首先对卷积神经网络的权值进行随机初始化，输入13个工程设计参数、水文地质参数、炮孔孔网参数，通过24个卷积层提取数据的高维特征，选用ReLU函数作为卷积层激活函数；其次，经过最大池化层进行下采样，以数据的局部最大值来代表该区域的数据特征；为避免过拟合，在池化层和全连接层之间设置Dropout层按一定概率随机断开部分神经元的连接；然后经过全连接层将学到的特征映射为神经网络的输出，即10个单个循环装药参数和单个循环爆炸参数的预测值，进而计算神经网络输出与标签之间的均方误差；基于均方误差使用Adam优化器更新神经网络中的参数，不断迭代上述步骤直至神经网络误差收敛，得到一系列用于预测10个单个循环装药参数和单个循环爆炸参数的卷积神经网络参数，即完成爆破参数设计子模型的训练。
应当理解的是，岩石强度子模型、岩体完整性子模型和爆破支护参数设计模型具有自学习功能，通过将隧道掘进过程中搜集的大量数据持续增加至样本库不断更新和优化模型，使得模型精度不断提高，具有准确率高、智能化程度高的特点。
在利用已训练完毕的爆破支护参数设计模型时，只需将水文地质参数及其对应的三维空间信息、工程设计参数及炮孔孔网参数输入至爆破支护参数设计模型，即可得到目标围岩处的包括目标装药参数、目标爆炸参数、预估围岩超欠挖量、预估岩渣大块率和预估爆破根底体积在内的目标爆破设计参数以及包括单个循环支护方式、单个循环支护强度、单个循环支护时机、预估围岩最大变形量在内的目标支护设计参数；然后将该目标爆破设计参数和目标支护设计参数作为目标围岩处开挖与支护施工的隧道钻爆参数，即基于目标爆破设计参数和目标支护设计参数对掌子面前方围岩(即目标围岩处)进行开挖与支护施工。其中，目标爆破设计参数用于指导装药、填塞、联网和起爆作业等，目标支护设计参数用于指导超前支护、初期支护和二次支护作业等。
可以理解的是，围岩等级的最终判识结果可以是基于空间插值方法获取的钻孔轨迹范围内的三维全断面围岩等级，因此基于该围岩等级判识结果获取爆破设计参数和支护设计参数时，可以对掌子面的全域各个部分进行针对性设计(如在软弱破碎部位加强爆破设计参数和支护设计参数，在坚硬完整部位降低爆破设计参数和支护设计参数)，即定量优化单个循环爆破设计参数和单个循环支护设计参数，以实现掌子面围岩的精细化爆破和合理化支护。
进一步地，一实施例中，所述方法还包括：
通过图像处理方法获取基于所述目标爆破设计参数和所述目标支护设计参数对目标围岩处进行开挖与支护施工后对应的实际超欠挖量、实际岩渣大块率、实际爆破根底体积和实际最大变形量；
基于实际超欠挖量、实际岩渣大块率、实际爆破根底体积、实际最大变形量以及预设的超欠挖-围岩变形评价准则和预设的准确度判别准则确定出超欠挖量准确度、岩渣大块率准确度、爆破根底体积准确度和最大变形量准确度；
基于预设的经济性评价结果、预设的工期评价结果以及超欠挖量准确度、岩渣大块率准确度和爆破根底体积准确度计算出爆破设计参数匹配度，并基于预设的经济性评价结果、预设的工期评价结果以及最大变形量准确度计算出支护设计参数匹配度；
基于所述爆破设计参数匹配度和所述支护设计参数匹配度计算出目标施工作业质量。
示范性的，本实施例中，在基于目标爆破设计参数和目标支护设计参数对目标围岩处进行开挖与支护施工后，采用近景摄影测量等图像处理方法来获取目标围岩处的实际超欠挖量、实际岩渣大块率、实际爆破根底体积、实际最大变形量，并对目标围岩处施工进行超欠挖评价与稳定性评价。
其中，实际超欠挖量为爆破开挖体积与设计轮廓体积之差；实际爆破根底体积为爆破后掌子面底部未完全破坏、超出设计平台的岩体体积；实际岩渣大块率为大块岩渣与目标围岩处开挖体积之比，其计算方法为：
式中，B为采用近景摄影测量方法获取的目标围岩处的实际岩渣大块率，S为大块岩渣体积(大块岩渣为尺寸大于挖机挖斗的最大尺寸、不能被挖机清理移除的岩渣)，M为围岩的开挖体积(即开挖方量)。
目标围岩处的实际超欠挖量、实际爆破根底体积的获取是在爆破通风后排危出渣前采用数码相机对掌子面围岩进行全方位多角度拍摄，并采用运动恢复结构技术SFM和基于面片模型的多视角密集匹配PMVS实现对实际开挖轮廓的三维稠密点云重建；然后结合设计断面模型生成设计开挖轮廓的三维网格模型，以实际开挖轮廓顶点为核心，在设计开挖轮廓网格中搜索最近的三角面片，进而计算实际开挖轮廓与设计开挖轮廓之间的距离；通过对实际开挖轮廓所有顶点的遍历，即可获取目标围岩处的实际超欠挖量。
目标围岩处的实际岩渣大块率是在爆破通风后排危出渣前采用数码相机对爆破后的岩渣进行全方位多角度拍摄，生成并分析岩渣点云模型以获取目标围岩处的实际岩渣大块率；目标围岩处的实际最大变形量是在初支后二衬前采用数码相机对目标围岩处进行全方位多角度拍摄，生成初支轮廓模型以获取目标围岩处的实际最大变形量。可以理解的是，受隧道内光线暗、灰尘大等影响，拍摄前要首先加强掌子面通风并使用大功率补光灯对掌子面进行补光，并使用三角架固定数码相机，然后调节相机参数使其满足掌子面环境拍摄要求后，在掌子面处放置三个已知长度的标志物(其中两个标志物方向相互垂直)用于模型标定，数码相机在距离掌子面1～5m内进行拍摄，拍摄时确保相邻照片的重叠度在80％以上。值得注意的是，在隧道中应避免使用闪光灯，闪光灯发出的瞬间强光会照亮空气的灰尘，形成许多点光源，造成照片质量大幅度降低。
目标围岩处的超欠挖评价包括目标围岩处的预估超欠挖量和实际超欠挖量、预估岩渣大块率和实际岩渣大块率、预估爆破根底体积和实际爆破根底体积间的对比分析，目标围岩处的稳定性评价为目标围岩处的预估最大变形量和实际最大变形量间的对比分析。具体的，根据表2所示的包括超欠挖量关系和最大变形量关系在内的超欠挖-围岩变形评价准则获取超欠挖评价和稳定性评价结果；其中，表2记载了预估超欠挖量O1和实际超欠挖量O2的关系、预估岩渣大块率B1和实际岩渣大块率B2的关系、预估爆破根底体积T1和实际爆破根底体积T2的关系以及预估最大变形量U1和实际最大变形量U2的关系。
表2超欠挖评价与围岩变形评价准则
应当理解的是，超欠挖评价与围岩变形评价准则可优选分为最优、较优、较差、最差四种工况；对应的判别原则为：当评价指标的预估值略高于评价指标的实际值时判定为最优(如O2<O1<1.1O2)；当评价指标的预估值显著高于评价指标的实际值时判定为较优(如1.1O2<O1<1.2O2)；当评价指标的预估值显著低于评价指标的实际值时判定为较差(如0.8O2<O1<O2)；当评价指标的预估值远低于或远高于评价指标的实际值时判定为最差(如O1<0.8O2或O1>1.2O2)。
本实施例将基于目标围岩处的超欠挖评价与稳定性评价结果以及表3所示的准确度判别准则来确定出目标围岩处的超欠挖量准确度、岩渣大块率准确度、爆破根底体积准确度以及围岩最大变形量准确度。
表3准确度判别准则
应当理解的是，由表3中的超欠挖评价结果确定准确度Q1至Q3或由表3中的稳定性评价结果确定准确度Q4时，可优选A、B、C、D分别对应分数区间为100～75、75～50、50～25以及25～0；在根据超欠挖评价或稳定性评价确定出目标围岩处的超欠挖量准确度、岩渣大块率准确度、爆破根底体积准确度以及最大变形量准确度的区间后，可以根据实际需求从对应区间中确定出具体值作为目标围岩处的超欠挖量准确度结果、岩渣大块率准确度结果、爆破根底体积准确度结果和最大变形量准确度结果，在此不做限定。
本实施例在计算出超欠挖量准确度、岩渣大块率准确度、爆破根底体积准确度和最大变形量准确度结果后，将基于所计算得到的准确度结果及经济性评价结果和工期评价结果来进行爆破设计参数匹配度和支护设计参数匹配度的计算。其中，爆破设计参数匹配度根据超欠挖评价、经济性评价、工期评价综合确定，支护设计参数匹配度根据稳定性评价、经济性评价、工期评价综合确定。
具体的，爆破设计参数匹配度Q7根据超欠挖评价(即Q1、Q2、Q3)，经济性评价Q5和工期评价Q6综合确定，计算方法为：
支护设计参数匹配度Q8则根据稳定性评价Q4、经济性评价Q5和工期评价Q6综合确定，计算方法为：
其中，超欠挖评价Q1、Q2、Q3及稳定性评价Q4按照表3进行取值，经济性评价Q5和工期评价Q6则按照表4进行取值。需要说明的是，表4中的实际经济费用M2(其包括实际开挖费用和实际支护费用)、实际施工耗时H2(其包括实际开挖耗时和支护耗时)为目标围岩处的实际施工时记录的数据，预估经济费用M1、预估施工耗时H1分别通过施工作业方案获得的。需要注意的是，计算爆破设计参数匹配度Q7和支护设计参数匹配度Q8时所用的经济性评价Q5和工期评价Q6分别通过对应的实际经济费用M2和实际施工耗时H2确定。
表4经济性评价与工期评价准则
经济性评价Q5 工期评价Q6 数值
M2<0.9M1 H2<0.8H1 A
0.9M1<M2<M1 0.8H1<H2<H1 B
M1<M2<1.1M1 H1<H2<1.2H1 C
M2>1.1M1 H2>1.2H1 D
应当理解的是，由表4确定经济性评价Q5或工期评价Q6时，可优选A、B、C、D分别对应分数区间为100～75、75～50、50～25以及25～0；然后在根据经济性评价或工期评价确定出区间后，可以根据实际需求从对应区间中确定出具体值作为经济性评价结果或工期评价结果，在此不做限定。
本实施例将根据爆破设计参数匹配度和支护设计参数匹配度综合确定出目标施工作业质量。具体的，目标施工作业质量CE的计算方法为：CE＝m·Q7+n·Q8，式中，m和n均为权重系数(m+n＝1)，其值表示爆破设计参数匹配度和支护设计参数匹配度的重要性程度，可根据隧道实际情况选定。例如，当隧道围岩较差时，支护设计参数匹配度对隧道影响较大，取n＝0.6，当隧道围岩较好时，爆破设计参数匹配度对隧道影响较大，取n＝0.4，一般情况下可取为m＝n＝0.5。
进一步地，一实施例中，在所述基于所述爆破设计参数匹配度和所述支护设计参数匹配度计算出目标施工作业质量的步骤之后，还包括：
根据所述目标施工作业质量、超欠挖量准确度、岩渣大块率准确度、爆破根底体积准确度和最大变形量准确度判定是否需要对目标围岩处进行二次施工作业；
若目标施工作业质量不小于第一预设值，则判定不需要进行二次施工作业；
若目标施工作业质量小于第一预设值，则判断岩渣大块率准确度、爆破根底体积准确度和最大变形量准确度中是否存在至少一个小于对应的预设值；
若是，则判定需要进行二次施工作业；
若否，则判断超欠挖量准确度是否小于与其对应的预设值；
当超欠挖量准确度小于与其对应的预设值且超挖量大于超挖量阈值，则判定不需要进行二次施工作业；
当超欠挖量准确度小于与其对应的预设值且欠挖量大于欠挖量阈值，则判定需要进行二次施工作业；
当超欠挖量准确度不小于与其对应的预设值，则判定不需要进行二次施工作业。
示范性的，在本实施例中，基于目标施工作业质量判定是否需要对目标围岩处进行二次施工作业，若需要，则还要确定二次施工作业对应的爆破和支护设计参数，以及在二次施工作业后对应的超欠挖评价、稳定性评价以及施工作业质量。需要说明的是，第一预设值、各个准确度对应的预设值、超挖量阈值以及欠挖量阈值的具体值设定可根据实际需求确定，在此不作限定，比如将第一预设值、各个准确度对应的预设值和超欠挖量阈值均设置为50。
具体的，结合目标施工作业质量并通过以下方法判定是否需要对目标围岩进行二次施工作业：
(1)判断目标施工作业质量CE是否小于50；若是，则初步判定可能需要进行二次施工作业并进行下一步骤判断，反之则判定无需二次施工作业；
(2)判断岩渣大块率准确度Q2、爆破根底体积准确度Q3和最大变形量准确度Q4中是否存在至少一个小于50；若否，则进行下一步骤判断，反之判定需要进行二次施工作业。其中，如果是岩渣大块率准确度Q2小于50，则将目标爆破设计参数在原基础上提高一个设计等级后再输入至下一施工作业方案中，并对大块岩渣进行二次施工作业；如果是爆破根底体积准确度Q3小于50，则将爆破设计参数在原基础上提高一个设计等级后再输入至下一施工作业方案中，并对根底岩体进行二次施工作业；如果是最大变形量准确度Q4小于50，则将目标支护设计参数在原设计基础上增加一个强度等级后再输入至下一施工作业方案中，然后判断实际围岩最大变形量是否小于预设值，若小于则判定无需二次施工作业，若大于则按照加强后的支护设计参数进行二次施工作业。
(3)判断超欠挖量准确度Q1是否小于50；若否，则判定不需要进行二次施工作业，反之则继续判断是超挖量过大还是欠挖量过大；若超挖量过大则判定无需进行二次施工作业，并将目标爆破设计参数在原基础上降低一个设计等级后再输入至下一围岩处的施工作业方案中；若欠挖量过大则判定需要进行二次施工作业，并将预设的二次开挖方量、预设的二次开挖断面的形状及尺寸、预设的二次开挖进尺等参数代入爆破支护参数设计模型获取二次施工对应的新的爆破设计参数以进行二次爆破施工，并将目标爆破设计参数和新的爆破设计参数共同输入至下一围岩处的施工作业方案中。
需要说明的是，所述下一围岩处的施工作业方案用于确定下一循环的预施工围岩对应的断面形状及尺寸、开挖方法、开挖方量、开挖进尺、台阶高度、炮眼类型及数量、炮孔排间距、钻孔方位、钻孔深度、钻孔角度、钻孔直径、预估经济费用、预估施工耗时等隧道钻爆参数。具体的，下一围岩处的施工作业方案是基于类似工程参数以及本项目前期参数获取的；其中，获取方法可以为工程经验类比、神经网络反演等。
第二方面，本申请实施例还提供一种隧道钻爆参数控制装置。
一实施例中，参照图2，图2为本申请隧道钻爆参数控制装置实施例的功能模块示意图。如图2所示，隧道钻爆参数控制装置包括：
参数获取单元，其用于获取钻机基于预设的施工作业方案钻入掌子面围岩后对应的目标随钻参数，所述目标随钻参数包括钻进时程参数和钻孔轨迹参数，所述钻孔轨迹参数用于确定与所述钻进时程参数对应的三维坐标；
第一处理单元，其用于将目标随钻参数输入至预设的围岩分级模型，以得到水文地质参数及其对应的三维空间信息，所述围岩分级模型由岩石强度子模型和岩体完整性子模型构建而成，所述水文地质参数包括岩石强度系数、岩体完整性系数及围岩等级；
参数控制单元，其用于将水文地质参数及其对应的三维空间信息、预设的工程设计参数及预设的炮孔孔网参数输入至预设的爆破支护参数设计模型，以得到与三维空间信息对应的目标围岩处的目标爆破设计参数和目标支护设计参数，将所述目标爆破设计参数和目标支护设计参数作为目标围岩处开挖与支护施工的隧道钻爆参数。
进一步地，一实施例中，所述钻进时程参数包括钻进速度、钻头扭矩、钻杆转速、推进压力、冲击压力、声频信号、振动信号、冲洗液流量和钻进比能。
进一步地，一实施例中，所述钻进时程参数为滤除辅助操作后生成的纯钻进时程参数，辅助操作包括空钻、停机和加卸杆。
进一步地，一实施例中，所述岩石强度子模型为：
所述岩体完整性子模型为：
所述围岩分级模型为：
BQ＝100+3RS+250RI
式中，RS表示与三维空间信息对应的目标围岩处的岩石强度系数，b0表示常数项，bx表示第x个第一钻进时程参数的偏向回归系数，表示第x个第一钻进时程参数，n表示第一钻进时程参数的个数；RI表示与三维空间信息对应的目标围岩处的岩体完整性系数，c0表示截距，c表示斜率，/>表示第y个第二钻进时程参数在第j采样段的最大值，/>表示第y个第二钻进时程参数在整个钻孔长度上的平均值，/>表示第y个第二钻进时程参数的标准差，λy表示第y个第二钻进时程参数的权重系数，i表示第二钻进时程参数的个数；BQ表示与三维空间信息对应的目标围岩处的岩体质量指数且岩体质量指数与围岩等级之间具有映射关系，其中，第一钻进时程参数为钻进速度、钻头扭矩、钻杆转速、推进压力、冲击压力、声频信号、振动信号、冲洗液流量和钻进比能中的任意一个，第二钻进时程参数为钻进速度、钻头扭矩、声频信号、振动信号和钻进比能中的任意一个。
进一步地，一实施例中，所述爆破支护参数设计模型包括爆破参数设计子模型和支护参数设计子模型；
所述爆破参数设计子模型的输入为水文地质参数及其对应的三维空间信息、所述工程设计参数及所述炮孔孔网参数，所述爆破参数设计子模型的输出为目标装药参数和目标爆炸参数；
所述支护参数设计子模型的输入为目标装药参数、目标爆炸参数、水文地质参数及其对应的三维空间信息、所述工程设计参数及所述炮孔孔网参数，所述支护参数设计子模型的输出为目标爆破设计参数和目标支护设计参数。
进一步地，一实施例中，所述装置还包括质量评价单元，其用于：
通过图像处理方法获取基于所述目标爆破设计参数和所述目标支护设计参数对目标围岩处进行开挖与支护施工后对应的实际超欠挖量、实际岩渣大块率、实际爆破根底体积和实际最大变形量；
基于实际超欠挖量、实际岩渣大块率、实际爆破根底体积、实际最大变形量以及预设的超欠挖-围岩变形评价准则和预设的准确度判别准则确定出超欠挖量准确度、岩渣大块率准确度、爆破根底体积准确度和最大变形量准确度；
基于预设的经济性评价结果、预设的工期评价结果以及超欠挖量准确度、岩渣大块率准确度和爆破根底体积准确度计算出爆破设计参数匹配度，并基于预设的经济性评价结果、预设的工期评价结果以及最大变形量准确度计算出支护设计参数匹配度；
基于所述爆破设计参数匹配度和所述支护设计参数匹配度计算出目标施工作业质量。
进一步地，一实施例中，所述装置还包括第二处理单元，其用于：
根据所述目标施工作业质量、超欠挖量准确度、岩渣大块率准确度、爆破根底体积准确度和最大变形量准确度判定是否需要对目标围岩处进行二次施工作业；
若目标施工作业质量不小于第一预设值，则判定不需要进行二次施工作业；
若目标施工作业质量小于第一预设值，则判断岩渣大块率准确度、爆破根底体积准确度和最大变形量准确度中是否存在至少一个小于对应的预设值；
若是，则判定需要进行二次施工作业；
若否，则判断超欠挖量准确度是否小于与其对应的预设值；
当超欠挖量准确度小于与其对应的预设值且超挖量大于超挖量阈值，则判定不需要进行二次施工作业；
当超欠挖量准确度小于与其对应的预设值且欠挖量大于欠挖量阈值，则判定需要进行二次施工作业；
当超欠挖量准确度不小于与其对应的预设值，则判定不需要进行二次施工作业。
其中，上述隧道钻爆参数控制装置中各个单元的功能实现与上述隧道钻爆参数控制方法实施例中各步骤相对应，其功能和实现过程在此处不再一一赘述。
第三方面，本申请实施例提供一种隧道钻爆参数控制设备，隧道钻爆参数控制设备可以是个人计算机、笔记本电脑、服务器等具有数据处理功能的设备。
参照图3，图3为本申请实施例方案中涉及的隧道钻爆参数控制设备的硬件结构示意图。本申请实施例中，隧道钻爆参数控制设备可以包括处理器、存储器、通信接口以及通信总线。其中，通信总线可以是任何类型的，用于实现处理器、存储器以及通信接口互连。通信接口包括输入/输出(input/output，I/O)接口、物理接口和逻辑接口等用于实现隧道钻爆参数控制设备内部的器件互连的接口，以及用于实现隧道钻爆参数控制设备与其他设备(例如其他计算设备或用户设备)互连的接口。物理接口可以是以太网接口、光纤接口、ATM接口等；用户设备可以是显示屏(Display)、键盘(Keyboard)等。
存储器可以是各种类型的存储介质，例如随机存取存储器(RandomAccessMemory，RAM)、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、非易失性RAM(Nonvolatile RAM，NVRAM)、闪存、光存储器、硬盘、可编程ROM(Programmable ROM，PROM)、可擦除PROM(Erasable PROM，EPROM)、电可擦除PROM(Electrically erasable PROM，EEPROM)等。处理器可以是通用处理器，通用处理器可以调用存储器中存储的隧道钻爆参数控制程序，并执行本实施例提供的隧道钻爆参数控制方法。例如，通用处理器可以是中央处理器(centralprocessing unit，CPU)。其中，隧道钻爆参数控制程序被调用时所执行的方法可参照本申请隧道钻爆参数控制方法的各个实施例，此处不再赘述。
本领域技术人员可以理解，图3中示出的硬件结构并不构成对本申请的限定，可包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或不同的部件布置。
第四方面，本申请实施例还提供一种计算机可读存储介质。
本申请可读存储介质上存储有隧道钻爆参数控制程序，其中所述隧道钻爆参数控制程序被处理器执行时，实现如上述的隧道钻爆参数控制方法的步骤。
其中，隧道钻爆参数控制程序被执行时所实现的方法可参照本申请隧道钻爆参数控制方法的各个实施例，此处不再赘述。
需要说明的是，上述本申请实施例序号仅为了描述，不代表实施例的优劣。
本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。术语“第一”和“第二”等描述，是用于区分不同的对象等，其不代表先后顺序，也不限定“第一”和“第二”是不同的类型。
在本申请实施例的描述中，“示例性的”、“例如”或者“举例来说”等用于表示作例子、例证或说明。本申请实施例中被描述为“示例性的”、“例如”或者“举例来说”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其它实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用“示例性的”、“例如”或者“举例来说”等词旨在以具体方式呈现相关概念。
在本申请实施例的描述中，除非另有说明，“/”表示或的意思，例如，A/B可以表示A或B；文本中的“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况；另外，在本申请实施例的描述中，“多个”是指两个或多于两个。
在本申请实施例描述的一些流程中，包含了按照特定顺序出现的多个操作或步骤，但是应该理解，这些操作或步骤可以不按照其在本申请实施例中出现的顺序来执行或并行执行，操作的序号仅用于区分开各个不同的操作，序号本身不代表任何的执行顺序。另外，这些流程可以包括更多或更少的操作，且这些操作或步骤可以按顺序执行或并行执行，这些操作或步骤还可以进行组合。
通过以上实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在如上所述的一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备执行本申请各个实施例所述的方法。
以上仅为本申请的优选实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种隧道钻爆参数控制方法，其特征在于，所述隧道钻爆参数控制方法包括：
获取钻机基于预设的施工作业方案钻入掌子面围岩后对应的目标随钻参数，所述目标随钻参数包括钻进时程参数和钻孔轨迹参数，所述钻孔轨迹参数用于确定与所述钻进时程参数对应的三维坐标；
将目标随钻参数输入至预设的围岩分级模型，以得到水文地质参数及其对应的三维空间信息，所述围岩分级模型由岩石强度子模型和岩体完整性子模型构建而成，所述水文地质参数包括岩石强度系数、岩体完整性系数及围岩等级；
将水文地质参数及其对应的三维空间信息、预设的工程设计参数及预设的炮孔孔网参数输入至预设的爆破支护参数设计模型，以得到与三维空间信息对应的目标围岩处的目标爆破设计参数和目标支护设计参数，将所述目标爆破设计参数和目标支护设计参数作为目标围岩处开挖与支护施工的隧道钻爆参数。
2.如权利要求1所述的隧道钻爆参数控制方法，其特征在于：所述钻进时程参数包括钻进速度、钻头扭矩、钻杆转速、推进压力、冲击压力、声频信号、振动信号、冲洗液流量和钻进比能。
3.如权利要求2所述的隧道钻爆参数控制方法，其特征在于：所述钻进时程参数为滤除辅助操作后生成的纯钻进时程参数，辅助操作包括空钻、停机和加卸杆。
4.如权利要求2或3所述的隧道钻爆参数控制方法，其特征在于，所述岩石强度子模型为：
所述岩体完整性子模型为：
所述围岩分级模型为：
BQ＝100+3RS+250RI
式中，RS表示与三维空间信息对应的目标围岩处的岩石强度系数，b0表示常数项，bx表示第x个第一钻进时程参数的偏向回归系数，表示第x个第一钻进时程参数，n表示第一钻进时程参数的个数；RI表示与三维空间信息对应的目标围岩处的岩体完整性系数，c0表示截距，c表示斜率，/>表示第y个第二钻进时程参数在第j采样段的最大值，/>表示第y个第二钻进时程参数在整个钻孔长度上的平均值，/>表示第y个第二钻进时程参数的标准差，λy表示第y个第二钻进时程参数的权重系数，i表示第二钻进时程参数的个数；BQ表示与三维空间信息对应的目标围岩处的岩体质量指数且岩体质量指数与围岩等级之间具有映射关系，其中，第一钻进时程参数为钻头扭矩、钻杆转速、推进压力、冲击压力、声频信号、振动信号、冲洗液流量和钻进比能中的任意一个，第二钻进时程参数为钻进速度、钻头扭矩、声频信号、振动信号和钻进比能中的任意一个。
5.如权利要求1所述的隧道钻爆参数控制方法，其特征在于：所述爆破支护参数设计模型包括爆破参数设计子模型和支护参数设计子模型；
所述爆破参数设计子模型的输入为水文地质参数及其对应的三维空间信息、所述工程设计参数及所述炮孔孔网参数，所述爆破参数设计子模型的输出为目标装药参数和目标爆炸参数；
所述支护参数设计子模型的输入为目标装药参数、目标爆炸参数、水文地质参数及其对应的三维空间信息、所述工程设计参数及所述炮孔孔网参数，所述支护参数设计子模型的输出为目标爆破设计参数和目标支护设计参数。
6.如权利要求1所述的隧道钻爆参数控制方法，其特征在于，所述方法还包括：
通过图像处理方法获取基于所述目标爆破设计参数和所述目标支护设计参数对目标围岩处进行开挖与支护施工后对应的实际超欠挖量、实际岩渣大块率、实际爆破根底体积和实际最大变形量；
基于实际超欠挖量、实际岩渣大块率、实际爆破根底体积、实际最大变形量以及预设的超欠挖-围岩变形评价准则和预设的准确度判别准则确定出超欠挖量准确度、岩渣大块率准确度、爆破根底体积准确度和最大变形量准确度；
基于预设的经济性评价结果、预设的工期评价结果以及超欠挖量准确度、岩渣大块率准确度和爆破根底体积准确度计算出爆破设计参数匹配度，并基于预设的经济性评价结果、预设的工期评价结果以及最大变形量准确度计算出支护设计参数匹配度；
基于所述爆破设计参数匹配度和所述支护设计参数匹配度计算出目标施工作业质量。
7.如权利要求6所述的隧道钻爆参数控制方法，其特征在于，在所述基于所述爆破设计参数匹配度和所述支护设计参数匹配度计算出目标施工作业质量的步骤之后，还包括：
根据所述目标施工作业质量、超欠挖量准确度、岩渣大块率准确度、爆破根底体积准确度和最大变形量准确度判定是否需要对目标围岩处进行二次施工作业；
若目标施工作业质量不小于第一预设值，则判定不需要进行二次施工作业；
若目标施工作业质量小于第一预设值，则判断岩渣大块率准确度、爆破根底体积准确度和最大变形量准确度中是否存在至少一个小于对应的预设值；
若是，则判定需要进行二次施工作业；
若否，则判断超欠挖量准确度是否小于与其对应的预设值；
当超欠挖量准确度小于与其对应的预设值且超挖量大于超挖量阈值，则判定不需要进行二次施工作业；
当超欠挖量准确度小于与其对应的预设值且欠挖量大于欠挖量阈值，则判定需要进行二次施工作业；
当超欠挖量准确度不小于与其对应的预设值，则判定不需要进行二次施工作业。
8.一种隧道钻爆参数控制装置，其特征在于，所述隧道钻爆参数控制装置包括：
参数获取单元，其用于获取钻机基于预设的施工作业方案钻入掌子面围岩后对应的目标随钻参数，所述目标随钻参数包括钻进时程参数和钻孔轨迹参数，所述钻孔轨迹参数用于确定与所述钻进时程参数对应的三维坐标；
第一处理单元，其用于将目标随钻参数输入至预设的围岩分级模型，以得到水文地质参数及其对应的三维空间信息，所述围岩分级模型由岩石强度子模型和岩体完整性子模型构建而成，所述水文地质参数包括岩石强度系数、岩体完整性系数及围岩等级；
参数控制单元，其用于将水文地质参数及其对应的三维空间信息、预设的工程设计参数及预设的炮孔孔网参数输入至预设的爆破支护参数设计模型，以得到与三维空间信息对应的目标围岩处的目标爆破设计参数和目标支护设计参数，将所述目标爆破设计参数和目标支护设计参数作为目标围岩处开挖与支护施工的隧道钻爆参数。
9.一种隧道钻爆参数控制设备，其特征在于，所述隧道钻爆参数控制设备包括处理器、存储器以及存储在所述存储器上并可被所述处理器执行的隧道钻爆参数控制程序，其中所述隧道钻爆参数控制程序被所述处理器执行时，实现如权利要求1至7中任一项所述的隧道钻爆参数控制方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有隧道钻爆参数控制程序，其中所述隧道钻爆参数控制程序被处理器执行时，实现如权利要求1至7中任一项所述的隧道钻爆参数控制方法的步骤。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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