一種注漿工程作業(yè)中漿液注入率的獲取方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及隧道與地下工程技術(shù)領(lǐng)域。更具體地，涉及一種注漿工程作業(yè)中漿液 注入率的獲取方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在注漿工程作業(yè)中，注入率為注入土體漿液的體積與相應(yīng)土體體積的比值，它直 接關(guān)系到實(shí)際注漿量的驗(yàn)收計(jì)算和注漿質(zhì)量的評價判斷，但目前對實(shí)際注入率的相關(guān)研究 非常少見，要想直接取得漿液的實(shí)際注入率比較困難。注漿量直接關(guān)系到注漿工程的經(jīng)濟(jì) 效益，同時也是判斷注漿質(zhì)量的重要參數(shù)。由于注漿過程多是看不見摸不著的工程，在實(shí)際 管理中經(jīng)常存在虛假瞞報(bào)現(xiàn)象。在對熱力暗挖隧道在非降水條件進(jìn)行施工的調(diào)研中發(fā)現(xiàn)， 謊報(bào)注漿量一般為實(shí)際注漿量的3~5倍，多者達(dá)近十倍，同樣的情況也存在于地鐵工程。 這既造成巨大經(jīng)濟(jì)損失，也為注漿質(zhì)量的判斷提供錯誤參數(shù)，影響對注漿效果的分析判斷。 目前對注漿量驗(yàn)收尚缺乏經(jīng)濟(jì)可靠的方法，大量的工程正在或?qū)⒁_工，對此方面進(jìn)行研 究十分迫切。注漿質(zhì)量評價是注漿工程的重要環(huán)節(jié)，漿液注入率和漿脈的均勻性是判斷注 漿質(zhì)量一個重要標(biāo)準(zhǔn)，已有研究表明注入率與注漿后土體的壓縮模量計(jì)算直接相關(guān)，有文 獻(xiàn)指出，通過注漿量的反算來取得填充率來判斷注漿質(zhì)量好壞，但實(shí)際工程中本身就很難 取得注漿量的真實(shí)值，這勢必給注漿質(zhì)量評判造成影響。因此，取得注入率經(jīng)濟(jì)實(shí)用的量化 方法非常必要。
[0003] 因此，需要提供一種注漿工程作業(yè)中漿液注入率的獲取方法，為注漿量的驗(yàn)收提 供依據(jù)，同時也可為注漿質(zhì)量的評判提供參考。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種注漿工程作業(yè)中漿液注入率的獲取方法。
[0005] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：
[0006] -種注漿工程作業(yè)中漿液注入率的獲取方法，該方法包括如下步驟：
[0007] S1、獲取注漿區(qū)域的多個不同水平面上的截面圖像，并將各截面圖像變換為灰度 圖；
[0008] S3、統(tǒng)計(jì)變換后的各圖像的總像素?cái)?shù)和漿液區(qū)域的像素?cái)?shù)；
[0009] S4、根據(jù)變換后的各圖像中漿液區(qū)域的像素?cái)?shù)在整體圖像中的比例計(jì)算各截面圖 像的漿液注入率；
[0010] S5、計(jì)算各截面圖像的漿液注入率的平均值，將該平均值作為注漿區(qū)域的漿液注 入率。
[0011] 優(yōu)選地，步驟Sl之后且步驟S3之前還包括步驟：
[0012] S2、根據(jù)設(shè)定在0-255區(qū)間中的閾值，將各灰度圖變換為二值化圖像，二值化圖像 中一種顏色代表背景色，另一種顏色代表漿液區(qū)域顏色。
[0013] 優(yōu)選地，閾值設(shè)定為121。
[0014] 本發(fā)明的有益效果如下：
[0015] 本發(fā)明所述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)簡單，僅需通過采集高清現(xiàn)場照片進(jìn)行數(shù)字化圖像處理 計(jì)算，即可推導(dǎo)漿液的注入率，便于在工程實(shí)踐中進(jìn)行注入率的計(jì)算。本發(fā)明所述技術(shù)方 案可以較為合理地應(yīng)用于各類巖土工程注漿領(lǐng)域的研究，可以為注漿量的驗(yàn)收提供重要參 數(shù)，同時也能評價注漿質(zhì)量，簡單易行，經(jīng)濟(jì)高效，具有一定的工程應(yīng)用價值。隨著數(shù)碼技術(shù) 的不斷提高，該方法的優(yōu)越性將越來越大。
【附圖說明】
[0016] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0017] 圖1示出注漿工程作業(yè)中漿液注入率的獲取方法流程圖。
[0018] 圖2示出注漿區(qū)域的某一水平面上的截面圖像。
[0019] 圖3示出選取漿液區(qū)域并填充為白色示意圖。
[0020] 圖4示出漿脈擴(kuò)散與拍照范圍的示意圖。
[0021] 圖5示出梅花形布孔示意圖。
[0022] 圖6示出拍照范圍示意圖。
[0023] 圖7示出不同測量人次對測量結(jié)果影響示意圖。
[0024] 圖8示出注漿量測量值與實(shí)際統(tǒng)計(jì)值關(guān)系圖。
[0025] 圖9示出截面圖像變換的灰度圖。
[0026] 圖10示出灰度直方圖。
[0027] 圖11示出不同閥值對像素處理結(jié)果影響關(guān)系圖。
[0028] 圖12示出灰度圖變換的二值圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029] 為了更清楚地說明本發(fā)明，下面結(jié)合優(yōu)選實(shí)施例和附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步的說 明。附圖中相似的部件以相同的附圖標(biāo)記進(jìn)行表示。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，下面所具 體描述的內(nèi)容是說明性的而非限制性的，不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0030] 為了直接定量取得漿脈的實(shí)際注入率，為注漿量驗(yàn)收和注漿質(zhì)量評測提供依據(jù)， 本實(shí)施例提供的注漿工程作業(yè)中漿液注入率的獲取方法采用截面法的基本思想。假設(shè)在注 漿方向上取得一定數(shù)量的代表截面，取得截面的二維漿脈注入率，進(jìn)而可近似取得一定范 圍內(nèi)某段注漿的實(shí)際體積注入率，實(shí)現(xiàn)注入率的定量可測，這樣問題轉(zhuǎn)化為平面狀態(tài)下漿 脈與土體的面積比。理論上，選取截面越密精度越高，實(shí)際應(yīng)用時可根據(jù)工程重要性程度和 工程大小選取恰當(dāng)?shù)慕孛鏀?shù)量。一般情況可按一個注漿管的長度來分段，以每段的中點(diǎn)截 面作為測量面。在開挖時做適當(dāng)跟蹤采集，雖然有滯后性，但能取得較為可靠的真實(shí)值）。 隨著數(shù)碼技術(shù)的不斷提高和計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)字圖像處理技術(shù)越來越受到重視， 只要把截面轉(zhuǎn)化為數(shù)字圖像即可借助于圖像處理技術(shù)來取得漿脈的二維注入率。目前數(shù)字 圖像處理技術(shù)已廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)、生物及農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域，如分析某種肌肉纖維或血液細(xì)胞比 例，鑒別燙傷面積，辨別雜草或昆蟲等，已被證明是一種精確度高、應(yīng)用方便、可推廣性強(qiáng)的 一種方法技術(shù)。近年來，數(shù)字圖像處理技術(shù)在土木工程領(lǐng)域也有一定的應(yīng)用并取得一定效 果。
[0031 ] 本實(shí)施例提供的注漿工程作業(yè)中漿液注入率的獲取方法中獲取截面圖像的漿液 注入率的原理為：計(jì)算機(jī)圖片或者數(shù)碼相片由像素組成并呈均勻分布，每一個像素都含有 顏色等屬性，在計(jì)算機(jī)處理時可轉(zhuǎn)化為數(shù)字信息。圖像內(nèi)任意區(qū)域的面積均由其像素特征 確定，任意區(qū)域的面積與其所占像素個數(shù)成絕對線性關(guān)系，任意區(qū)域圖像的像素?cái)?shù)與圖像 總像素?cái)?shù)的比例就是其面積比。由于1張圖像所占的像素點(diǎn)數(shù)可達(dá)成百上千萬，因此以像 素比來求面積比的精度非常高，且隨著數(shù)碼技術(shù)的進(jìn)步，精確度會越來越高。因此，只要把 漿液區(qū)域（漿脈）所代表的像素?cái)?shù)選取并統(tǒng)計(jì)出來，相應(yīng)的面積或面積比就能輕易實(shí)現(xiàn)。
[0032] 而本實(shí)施例正是通過漿液區(qū)域的像素?cái)?shù)與圖像總像素?cái)?shù)的比例得到面積比，進(jìn)而 也就得到了體積比，即獲取了漿液注入率。
[0033] 如圖1所示，本實(shí)施例提供的注漿工程作業(yè)中漿液注入率的獲取方法包括如下步 驟：
[0034] 1、一種注漿工程作業(yè)中漿液注入率的獲取方法，其特征在于，該方法包括如下步 驟：
[0035] S1、獲取注漿區(qū)域的多個不同水平面上的截面圖像，并將各截面圖像變換為灰度 圖；
[0036] S3、統(tǒng)計(jì)變換后的各圖像的總像素?cái)?shù)和漿液區(qū)域的像素?cái)?shù)；
[0037] S4、根據(jù)變換后的各圖像中漿液區(qū)域的像素?cái)?shù)在整體圖像中的比例計(jì)算各截面圖 像的漿液注入率；
[0038] S5、計(jì)算各截面圖像的漿液注入率的平均值，將該平均值作為注漿區(qū)域的漿液注 入率。
[0039] 為了加快處理速度，步驟Sl之后且步驟S3之前還包括步驟：
[0040] S2、根據(jù)設(shè)定在0-255區(qū)間中的閾值，將各灰度圖變換為二值化圖像，所述二值化 圖像中一種顏色代表背景色，另一種顏色代表漿液區(qū)域顏色，經(jīng)試驗(yàn)，最合理的閾值為121。
[0041] 圖2和圖3分別為現(xiàn)場所拍原照片和用軟件對目標(biāo)區(qū)域選取后的效果圖，為了便 于重復(fù)選取查驗(yàn)，選取后的漿液區(qū)域已填充為純白色。對比圖2和圖3可以直觀粗略的看 出選取效果較好。
[0042] 根據(jù)已有研究，目前市場上常用的圖像處理軟件中，Photoshop對目標(biāo)區(qū)域精確選 取處理時，其精度相對較高，對目標(biāo)區(qū)域與背景區(qū)域區(qū)分不明顯的地方其高精度選取更能 得到體現(xiàn)。因此本實(shí)施選用Photoshop CS6進(jìn)行圖像處理，包括圖像變換和像素?cái)?shù)統(tǒng)計(jì)，獲 得注漿區(qū)域的像素?cái)?shù)。
[0043] Photoshop處理結(jié)果可重復(fù)性好，在選擇目標(biāo)區(qū)域的精度上優(yōu)勢明顯，對于漿脈與 土體區(qū)分不明顯的地方有獨(dú)特的效果，但要耗費(fèi)大量的時間和精力，且需要操作人員具備 一定的先驗(yàn)知識和職業(yè)素養(yǎng)，不太適合大量的工程應(yīng)用推廣。
[0044] 因此為了使工程應(yīng)用性更強(qiáng)，本實(shí)施例進(jìn)一步采用MATLAB進(jìn)行編程處理，讓程序 自動辨認(rèn)目標(biāo)區(qū)域顏色并統(tǒng)計(jì)出相應(yīng)的像素。為了降低計(jì)算機(jī)內(nèi)存使用，加快處理速度，本 實(shí)施例在把真彩圖變換為灰度圖之后，再選取合理的閥值對其二值化，即只有純黑和純白 兩種顏色來分別取代背景色（土體）和目標(biāo)區(qū)域色（漿脈），這樣也便于程序辨別處理。
[0045] 把需要處理的圖像按上述過程處理后，根據(jù)直方圖分別取得圖像總像素和漿液區(qū) 域像素，即結(jié)合如下公式計(jì)算漿脈的面積比，也即可得到漿液注入率：
[0046] Q1=A1^B1
[0047] 公式中，i = 1，2, ···，N，N為截面圖像的數(shù)量，a i為第i張截面圖像的漿液注入 率，A1為第i張截面圖像中漿液區(qū)域的像素?cái)?shù)，B i為第i張截面圖像的總像素?cái)?shù)；
[0048] 從像素基本原理分析可知，如果在注漿后開挖截面取得具有足夠清晰度的數(shù)碼照 片，只要能正確區(qū)分出漿液區(qū)和背景區(qū)的像素?cái)?shù)，就能正確的求得相應(yīng)的面積比。但有一個 實(shí)際的問題，目前照片的尺寸形狀一般是矩形，而單孔漿脈擴(kuò)散理論上更接近圓形。若要保 證照片處理的結(jié)果與實(shí)際結(jié)果更接近，則以矩形得出的漿液面積和背景面積應(yīng)分別與圓形 時相應(yīng)的結(jié)果等效。為了證明這個問題，假設(shè)劈裂存在水平和豎直兩個劈裂面，單支漿脈擴(kuò) 散形狀符合錐