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基于層次分析法的綜合超前地質預報及應用
更新時間:2021-11-22 08:59
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上??辈煸O計研究院(集團)有限公司青島分公司  李耀   266199

摘要:綜合超前地質預報技術可以有效地證明地質條件,降低工程風險,是進行各種隧道施工預測方法的有效技術手段。有效結合不同的預測方法是綜合超前地質預報的關鍵。為避免隨機組合和預測方法效率低下與預測項目實際情況相結合的問題,可以使用層次分析法和Yaahp軟件進行多階段組合評估,并對各種預測方法的權重進行量化,合理地預測最佳預測系統。結合先進的鉆井技術、地質雷達、地質分析和TSP補充的綜合預測方法的合理選擇。城市地鐵預測的實際應用表明,該方法在復雜多變的地質環境和各種環境影響因素的隧道預測中取得了良好的效果。
關鍵詞:層次分析法;綜合超前地質預報;應用
        引言
        我國已經成為隧道建設最多,難度最大的國家,隨著城市的快速發展,地鐵建設引起了各國政府的關注。在地質環境復雜的城市,地鐵建設的要求更加嚴格。城市地下管線的密集分布,各種建筑基礎和復雜的地質條件對工程建設提出了嚴峻的挑戰??睖y操作通常無法準確確定地質災害的具體位置和規模,而海拔地質預測對于減少施工的盲目性,并防止意外地質災害的發生,超前地質預報尤其重要。超前地質預報主要采用地質分析、物理勘探、超前鉆探等手段,對隧道開挖前的圍巖條件進行檢測,確定不利地質體的性質、位置和規模,有效指導現場施工。目前較為成熟的地質預測方法主要是地質調查法、地雷雷達、TSP、高空鉆探、紅外探測等,其特征因預測方法而異,并根據方法選擇最佳組合進行超前地質預報,避免了預測的盲目性。傳統的綜合超前地質預報主要依賴于人們對選擇的感知,并且通常無法有效地組合在一起,從而影響預測的成本和有效性。根據隧道開挖的工程地質條件,結合系統的工程方法,制定先進的隧道地質預報方案,進行定量的綜合評價,具有十分重要的意義。層次分析法和模糊綜合評判法可以做出科學的決策和評價,以解決結構復雜項目中超前地質預報方法的決策問題。
        1.層次分析法
        層次分析法是一種定性和定量相結合的多屬性確定分析方法。比較各種相關因素對目標的影響,利用數據表達主觀判斷,確定目標內各個因素的權重,構建模糊判斷矩陣,進行多階段模糊綜合判斷和決策。在層次分析模型中,復雜的問題可分解為多個元素,并且根據不同的屬性將元素分為不同的組。層次分析模型通常分為三類:目標層,基礎層和指標層??紤]到超前地質預報計劃的選擇因素和重要性,將目標層確定為針對超前地質預報的最佳計劃。預測過程的評估標準層主要考慮檢測精度,技術可靠性和經濟合理性。根據實際情況,將每個指標級別細分為不同的評估指標。
        2.隧道綜合超前地質預報的研究
        隧道綜合超前地質預技術是解決隧道施工中地質問題,降低施工風險的重要技術手段。由于隧道地質條件的復雜性和不可預測性以及物理勘探方法的局限性,單一的預測方法已不能滿足當前隧道建設的要求。隨著國內外廣泛研究,已經在該領域取得了一定的成果。彭立民等提出了一種綜合預測方法,該方法結合了表面空間差分檢測和隧道表面TSP203檢測的淺埋隧道斷面。山東大學巖土工程中心建立了多層次的預報系統,并根據“結合地質,物探與鉆探”的原則,對伴隨的斷層,海底隧道和巖溶隧道進行了優化。提出具有綜合先進地質預報作用的四色隧道地質災害預警機制,并制定相應的應急預案。朱和華等提出定性和定量分析,以提高綜合預測的準確性。北京交通大學考慮到宜萬鐵路奇岳山隧道的特殊地質條件,開發了一套綜合的巖溶隧道先進地質預報綜合系統,使地質預測以信息為基礎。李天斌等采用模糊神經網絡方法建立了隧道施工中常見地質災害的綜合分類評價系統,以實現綜合預測。
        3.隧道超前預報技術
        3.1綜合預報方法
        當前,國內外都將重點放在預測隧道前方的地質條件上,并且已經有很多檢測前方不良地質體的方法,并且不斷出現新的檢測設備。常用的地質預報方法如下。 (1)地質分析法。研究了隧道的地質背景、地形、地貌、氣候、水文地質結構、地層巖石學和地表植被等,初步分析隧道施工建設過程中可能產生的地質災害。
在此期間,通過研究揭露的圍巖,弄清了地質發展的規律,并為施工過程中的綜合超前預報奠定了基礎。地質分析法在施工前和施工中都可以進行,可粗略預報掌子面前方的工程和水文地質條件,但結果會很粗糙,尤其是在地質條件復雜的地區很難發揮作用。(2)超前鉆探。通過單孔勘探,多孔勘探或鉆孔取芯,直接揭露掌子面前方的地質特征,直接反映了巖體的概況,尤其是多孔外插角鉆探,但是鉆孔的成本較高,并且會延遲施工。 (3)地質素描。施工過程中每次進尺后對掌子面進行地質編錄。盡管這種方法不需要花費時間,并且可以根據技術人員豐富的地質經驗來推斷掌子面前方的地質情況,但總的來說,經驗方法仍然需要其他物理勘察方法的驗證。
        3.2地質災害的地質分析法
        3.2.1水體
        從地質分析的角度來看,當隧道穿過可溶性巖石與不溶性巖石之間的接觸界面,分層的含水層形成的較強滲透性和相對防水性的地層,地下河流通過的部分,斷層斷裂帶,不整合面和侵入性的巖石接觸,下沉線,背斜核部的中心位置和地下水位影響帶的位置時,可能會發生涌水現象。
        3.2.2溶洞
        巖溶發育的四個基本條件是:水蝕,巖石溶解度,水流和巖石滲透性。此外,不同的巖石群具有不同的巖溶發育程度,巖溶的發育受地質構造表面的控制,同時受隔水頂板和底板的控制。也與巖石的產狀密切相關,侵蝕面和沉積期的地形對巖溶的發育也有一定的影響。
        3.2.3弱巖體
        在工程建設中,弱巖體可分為弱型、破碎型、高應力型、膨脹型等。但是,由于弱巖石和破碎巖石之間在物理勘探方面存在明顯差異,弱巖石主要是低強度巖石塊,但具有良好的巖石完整性,例如風化巖石,泥巖或低強度頁巖。軟巖的主要地質災害包括大范圍的巖石變形和滑坡。施工前的地質調查數據通常是判斷這類巖石外觀的主要依據。在施工過程中,有必要對表面進行良好的地質素描,以便猜測此類巖體的可能位置。
        3.2.4斷層斷裂
        在隧道施工過程中,隧道表面縫隙和裂縫的數量和密度急劇增加,巖石強度降低,巖石破裂,大裂變巖石,相對較強的巖石風化作用,泥漿含量增加等。填充在結構表面上的動態變質礦物,例如滑石,方解石,石英等,例如字形結構和其他小的扭曲結構,拉伸缺陷附近的羽毛狀結構,都明顯增加。上述地質現象通常是斷層的先兆。
        3.3綜合超前地質預報技術體系
        將隧道的長短結合地質,物理勘探和鉆探,并采用層次分析法優化預測方法,科學合理地對隧道進行綜合預測,構建一個預測體系。也就是說,通過地質學,首先要宏觀地分析要預測的隧道各段的地質狀態,確定在施工過程中可能發生的異常地質體,然后通過層次分析法確定預報手段。并在必要時進行預鉆孔以檢查地質異常。這些方法基本上可以確保在施工過程中不會發生嚴重的地質災害。
        結語
        基于層次分析法的綜合超前地質預報,主要結論如下。首先,地質分析是其他預測技術的基礎,其作用不可忽略。通過地質分析和評價,可以宏觀確定隧道區域的地質特征和條件,為層次分析法的參數確定提供依據,為有效預測方法的優化提供依據。其次,基于層次分析法,在地質分析的基礎上,充分利用了物理勘探的優勢,實現了不同的預測目標。同時,在充分考慮隧道現場實際情況,定量評價預測方法,最終選擇一種更適應的預測方法,保證綜合預測效果,在減少歧義的前提下,提高了檢測效率。實際工程應用證明,基于層次分析法的綜合超前地質預報不僅可以充分發揮多種預測方法的優點,而且可以相互補充和驗證,從而大大提高了預測的準確性,對提高探測效率起到了重要作用。
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