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申请/专利权人：山东大学

摘要：本发明提出了多阶段隧洞穿越困难地层突涌水灾害风险预测方法及系统，包括：获取隧址区一定范围内的水文地质信息、工程地质信息；结合隧洞走向建立模拟区内的水文地质模型，进行数值模拟获取模拟区域渗流场分布；对模拟区域进行宏观的风险分级，初步确定需要开展超前预报的段落；在施工开挖阶段，基于风险分级，结合已开挖洞段的地质信息，确定选用的超前地质预报方法，建立基于超前地质预报信息的风险评价指标体系；基于建立的风险评价指标体系，进行风险等级划分，利用基于logistic回归的隧道突涌水风险预测模型确定隧洞突涌水灾害的风险等级。

主权项：1.多阶段隧洞穿越困难地层突涌水灾害风险预测方法，其特征是，包括：获取隧址区一定范围内的水文地质信息、工程地质信息；结合隧洞走向建立模拟区内的水文地质模型，进行数值模拟获取模拟区域渗流场分布；对模拟区域进行宏观的风险分级，初步确定需要开展超前预报的段落；在施工开挖阶段，基于风险分级，结合已开挖洞段的地质信息，确定选用的超前地质预报方法，建立基于超前地质预报信息的风险评价指标体系；基于建立的风险评价指标体系，进行风险等级划分，利用基于logistic回归的隧道突涌水风险预测模型确定隧洞突涌水灾害的风险等级；获取隧址区一定范围内的水文地质信息、工程地质信息之前还包括：在隧洞设计阶段，进行工程类比，调查周边隧道与地下工程建设过程中是否发生地质灾害；基于工程类比，地质分析对隧洞轴线上的不良地质条件进行分类，具体为：针对隧洞轴线上不良地质条件进行分类，根据六类不良地质的地质与地球物理特征的关联，对后续进行超前地质预报方法选择及结果判识起到一个辅助作用；结合地质分析推断隧洞轴线上不良地质的区域，根据工程类比，对隧洞轴线周边存在的不良地质进行分类，结合各种不良地质的特征进行地质分析，确定各不良地质在隧洞轴线周边的存在区域；其中，对隧洞轴线上的不良地质条件进行分类，共分为六类，包括断裂、岩溶、向斜储水构造、破碎地层、软岩地层及其他富水地层；获取隧址区一定范围内的水文地质信息、工程地质信息，具体为：进行宏观地质调查，获取隧址区一定范围内的水文地质信息、工程地质信息，借助地下水模拟软件结合隧洞走向建立模拟区内的水文地质模型，进行数值模拟获取模拟区域渗流场分布；对模拟区域进行一个宏观的风险分级，此处的风险分级粗略宏观，大致分为风险较高区域与风险较低区域，初步确定需要开展超前预报的段落，具体为针对风险分级中的较高风险区域开展超前地质预报；后续指导勘察钻孔的布孔位置及密度并为后续超前地质预报的开展提供依据；其中，隧址区是指隧洞轴线周边一个大的范围，推断的不良地质的区域是作为类似先验信息加入到水文地质模型中；所述结合隧洞走向建立模拟区内的水文地质模型，进行数值模拟获取模拟区域渗流场分布；具体为：基于水文地质模型进行数值模拟获取模拟区域渗流场分布，主要步骤包括通过隧址区一定范围进行宏观地质调查，获取水文地质信息、工程地质信息，基于在软件中设置模拟区域的水头边界条件，建立描述模拟区域水文地质模型的数学模型，进行现场原位试验对建立的数学模型进行校正，利用校正后的数学模型获取模拟区域的渗流分布；基于超前地质预报信息的风险评价指标体系中，风险评价指标分为围岩特性、隧洞参数以及地下水发育情况三个大方面，具体包括：岩性参数、岩层发育情况、隧洞埋深、隧洞半径、隧洞开挖方式、含水体位置、形态、涌水量、隧洞内水压指标；利用层次分析法对这些风险指标中每个指标对突涌水灾害发生的重要性进行排序，获取每个指标的权重值；利用基于logistic回归的隧道突涌水风险预测模型确定隧洞突涌水灾害的风险等级； （1） （2）上式中，是自变量因素数据值，包括风险评价指标体系中的各个评价指标，其中定量指标数值直接获取，定性指标数值由专家打分获取，W是因变量，其值域为（），是常数项，（i=0，1，2,，n）是回归系数，该模型中的回归系数通常通过最大似然估计MLE方法进行估算，此方法通过多次迭代测试不同的值，从而优化对数几率的最佳拟合，所有这些迭代都会产生对数似然函数，逻辑回归会试图最大化该函数，从而找到最佳参数估计值；基于logistic回归的隧道突涌水风险预测模型中线性回归若线性条件不符合，对x进行转换，以满足线性回归的要求，对求解系统进行了logit转换；将隧洞发生突涌水的概率分为四个区段：（0.85，1），（0.65，0.85），（0.4，0.65），（0，0.4）；将隧洞发生突涌水灾害的风险等级按照突涌水发生的概率从高到低分为四级，Ⅰ级，Ⅱ级，Ⅲ级，Ⅳ级；在风险等级较高的区段，在现场采取引排、注浆封堵等手段对突涌水灾害进行预防治理，处理结束后，采用CT成像方法，获取隧道掌子面前方地层信息和不良地质体分布情况，然后利用超前钻孔方法取样测试，对注浆后岩体完整性、连续性、坚固性等结果进行评价，确保隧洞能够顺利掘进。

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