[发明专利]基于雷达小波变换时能密度的隧道地质体三维识别方法

说明书

本发明属于隧道施工地质预报技术领域，公开了一种基于雷达小波变换时能密度的隧道地质体三维识别方法；根据隧道勘察设计资料与长距离预报成果，确定可能存在不良地质体的大致位置。采用地质雷达对隧道掌子面进行多条测线测试，测线与测点的空间坐标将用于确定与记录每条单道信号的空间具体位置。根据地质雷达发射子波的特点，构造与子波信号匹配度高的模式自适应地质雷达小波，编制雷达小波变换时能密度法的分析程序，对每条单道信号进行奇异性分析。确定隧道掌子面前方不良地质体的前、后、左、右、上、下边界。本发明具有识别精度高、分辨效果好与三维立体显示直观等优点，提高了隧道地质预报中识别不良地质体的准确性与立体性。

技术领域

本发明属于隧道施工地质预报技术领域，尤其涉及一种基于雷达小波变换时能密度的隧道地质体三维识别方法。

背景技术

据预测，2008～2020年，仅铁路领域隧道将新增10000km，我国已成为世界上隧道与地下工程规模最大、数量最多和结构形式最复杂、修建技术发展速度最快的国家。隧道勘察设计资料虽然在一定程度上对隧道的地质状况进行了预测预报，但由于地质条件的复杂性，勘察设计资料与实际开挖情况经常会有较大的出入。隧道掌子面前方不良地质体是影响隧道开挖施工的一大干扰因素，其存在会极大地影响施工进度，给现场施工带来安全隐患。在隧道修建过程中，往往由于对隧道掌子面前方地质条件了解不清，导致施工带有很大盲目性，经常会出现预料不到的坍方、冒顶、涌水等事故。如2007年8月5日，宜万铁路野山关隧道发生突泥突水事故，突水量约40～50km³/h，突泥量53.5km³，直接造成10人死亡。因此，如何准确预报隧道施工掌子面前方是否存在以及不良地质体空间位置与规模大小成为了隧道工作者亟待解决的关键问题。

为了更有效掌握隧道施工期间掌子面前方的地质情况，实现避免或杜绝施工中出现地质灾害、保障生产安全的目的，人们开始关注隧道施工过程中超前地质探测理论、技术方案研究及工程实践工作。超前导洞与超前钻探方法最先被用来勘探隧道掌子面前方的地质情况，由于其经济和时间成本高昂，人们逐步研发了地球物理探测技术，包括地震波反射法、电磁波反射法、瞬变电磁法、高分辨率直流电法、红外探测等。每种方法的适用条件以及局限性都不一样，况且物探异常定性具有多解性，单一预报方法并不可靠，将造成物探推断成果难以利用、不被重视的严重后果。有必要将这些方法结合地质调查法等手段进行综合预报，甚至长、短距离预报方法优势互补、相互印证。但即便如此，这些方法仍然只能获取测线前方的二维剖面信息，仅能粗略地给出隧道掌子面前方不良地质体的大致位置，加之某一位置是否为隧道不良地质体的边界时，需要判断该位置地质雷达反射波信号在深度方向相邻区域上的振幅、相位以及频率是否发生突变。这样，隧道不良地质体边界判定的依据比较单一，更无法获得不良地质体的空间形态与规模大小。

因此，在现有地质雷达检测技术与小波变换理论的基础上，提出一种基于雷达小波变换时能密度的隧道地质体三维识别方法，可对隧道施工掌子面前方不良地质体进行二维布置测线，利用小波变换具有良好时频局部化分析功能与小波变换时能密度法突显地质雷达反射信号奇异值点的位置，对隧道不良地质体进行前、后、左、右、上、下三维立体识别、预报与解释，提高隧道施工超前地质预报中识别不良地质体的准确性与立体性，隧道不良地质体三维空间形态显示能够使图像信息更为丰富和直观，将对完善隧道不良地质体识别技术、处理不良地质情况方面变被动为主动具有重要意义。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于雷达小波变换时能密度的隧道地质体三维识别方法，以此能够定量识别隧道掌子面前方不良地质体的三维空间形态与规模大小。

本发明是这样实现的，一种基于雷达小波变换时能密度的隧道地质体三维识别方法，所述一种雷达小波变换时能密度的隧道地质体三维识别方法包括：