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基于层次分析法的综合超前地质预报及应用
更新时间:2021-11-22 08:59
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上海勘察设计研究院(集团)有限公司青岛分公司  李耀   266199

摘要:综合超前地质预报技术可以有效地证明地质条件,降低工程风险,是进行各种隧道施工预测方法的有效技术手段。有效结合不同的预测方法是综合超前地质预报的关键。为避免随机组合和预测方法效率低下与预测项目实际情况相结合的问题,可以使用层次分析法和Yaahp软件进行多阶段组合评估,并对各种预测方法的权重进行量化,合理地预测最佳预测系统。结合先进的钻井技术、地质雷达、地质分析和TSP补充的综合预测方法的合理选择。城市地铁预测的实际应用表明,该方法在复杂多变的地质环境和各种环境影响因素的隧道预测中取得了良好的效果。
关键词:层次分析法;综合超前地质预报;应用
        引言
        我国已经成为隧道建设最多,难度最大的国家,随着城市的快速发展,地铁建设引起了各国政府的关注。在地质环境复杂的城市,地铁建设的要求更加严格。城市地下管线的密集分布,各种建筑基础和复杂的地质条件对工程建设提出了严峻的挑战。勘测操作通常无法准确确定地质灾害的具体位置和规模,而海拔地质预测对于减少施工的盲目性,并防止意外地质灾害的发生,超前地质预报尤其重要。超前地质预报主要采用地质分析、物理勘探、超前钻探等手段,对隧道开挖前的围岩条件进行检测,确定不利地质体的性质、位置和规模,有效指导现场施工。目前较为成熟的地质预测方法主要是地质调查法、地雷雷达、TSP、高空钻探、红外探测等,其特征因预测方法而异,并根据方法选择最佳组合进行超前地质预报,避免了预测的盲目性。传统的综合超前地质预报主要依赖于人们对选择的感知,并且通常无法有效地组合在一起,从而影响预测的成本和有效性。根据隧道开挖的工程地质条件,结合系统的工程方法,制定先进的隧道地质预报方案,进行定量的综合评价,具有十分重要的意义。层次分析法和模糊综合评判法可以做出科学的决策和评价,以解决结构复杂项目中超前地质预报方法的决策问题。
        1.层次分析法
        层次分析法是一种定性和定量相结合的多属性确定分析方法。比较各种相关因素对目标的影响,利用数据表达主观判断,确定目标内各个因素的权重,构建模糊判断矩阵,进行多阶段模糊综合判断和决策。在层次分析模型中,复杂的问题可分解为多个元素,并且根据不同的属性将元素分为不同的组。层次分析模型通常分为三类:目标层,基础层和指标层。考虑到超前地质预报计划的选择因素和重要性,将目标层确定为针对超前地质预报的最佳计划。预测过程的评估标准层主要考虑检测精度,技术可靠性和经济合理性。根据实际情况,将每个指标级别细分为不同的评估指标。
        2.隧道综合超前地质预报的研究
        隧道综合超前地质预技术是解决隧道施工中地质问题,降低施工风险的重要技术手段。由于隧道地质条件的复杂性和不可预测性以及物理勘探方法的局限性,单一的预测方法已不能满足当前隧道建设的要求。随着国内外广泛研究,已经在该领域取得了一定的成果。彭立民等提出了一种综合预测方法,该方法结合了表面空间差分检测和隧道表面TSP203检测的浅埋隧道断面。山东大学岩土工程中心建立了多层次的预报系统,并根据“结合地质,物探与钻探”的原则,对伴随的断层,海底隧道和岩溶隧道进行了优化。提出具有综合先进地质预报作用的四色隧道地质灾害预警机制,并制定相应的应急预案。朱和华等提出定性和定量分析,以提高综合预测的准确性。北京交通大学考虑到宜万铁路奇岳山隧道的特殊地质条件,开发了一套综合的岩溶隧道先进地质预报综合系统,使地质预测以信息为基础。李天斌等采用模糊神经网络方法建立了隧道施工中常见地质灾害的综合分类评价系统,以实现综合预测。
        3.隧道超前预报技术
        3.1综合预报方法
        当前,国内外都将重点放在预测隧道前方的地质条件上,并且已经有很多检测前方不良地质体的方法,并且不断出现新的检测设备。常用的地质预报方法如下。 (1)地质分析法。研究了隧道的地质背景、地形、地貌、气候、水文地质结构、地层岩石学和地表植被等,初步分析隧道施工建设过程中可能产生的地质灾害。
在此期间,通过研究揭露的围岩,弄清了地质发展的规律,并为施工过程中的综合超前预报奠定了基础。地质分析法在施工前和施工中都可以进行,可粗略预报掌子面前方的工程和水文地质条件,但结果会很粗糙,尤其是在地质条件复杂的地区很难发挥作用。(2)超前钻探。通过单孔勘探,多孔勘探或钻孔取芯,直接揭露掌子面前方的地质特征,直接反映了岩体的概况,尤其是多孔外插角钻探,但是钻孔的成本较高,并且会延迟施工。 (3)地质素描。施工过程中每次进尺后对掌子面进行地质编录。尽管这种方法不需要花费时间,并且可以根据技术人员丰富的地质经验来推断掌子面前方的地质情况,但总的来说,经验方法仍然需要其他物理勘察方法的验证。
        3.2地质灾害的地质分析法
        3.2.1水体
        从地质分析的角度来看,当隧道穿过可溶性岩石与不溶性岩石之间的接触界面,分层的含水层形成的较强渗透性和相对防水性的地层,地下河流通过的部分,断层断裂带,不整合面和侵入性的岩石接触,下沉线,背斜核部的中心位置和地下水位影响带的位置时,可能会发生涌水现象。
        3.2.2溶洞
        岩溶发育的四个基本条件是:水蚀,岩石溶解度,水流和岩石渗透性。此外,不同的岩石群具有不同的岩溶发育程度,岩溶的发育受地质构造表面的控制,同时受隔水顶板和底板的控制。也与岩石的产状密切相关,侵蚀面和沉积期的地形对岩溶的发育也有一定的影响。
        3.2.3弱岩体
        在工程建设中,弱岩体可分为弱型、破碎型、高应力型、膨胀型等。但是,由于弱岩石和破碎岩石之间在物理勘探方面存在明显差异,弱岩石主要是低强度岩石块,但具有良好的岩石完整性,例如风化岩石,泥岩或低强度页岩。软岩的主要地质灾害包括大范围的岩石变形和滑坡。施工前的地质调查数据通常是判断这类岩石外观的主要依据。在施工过程中,有必要对表面进行良好的地质素描,以便猜测此类岩体的可能位置。
        3.2.4断层断裂
        在隧道施工过程中,隧道表面缝隙和裂缝的数量和密度急剧增加,岩石强度降低,岩石破裂,大裂变岩石,相对较强的岩石风化作用,泥浆含量增加等。填充在结构表面上的动态变质矿物,例如滑石,方解石,石英等,例如字形结构和其他小的扭曲结构,拉伸缺陷附近的羽毛状结构,都明显增加。上述地质现象通常是断层的先兆。
        3.3综合超前地质预报技术体系
        将隧道的长短结合地质,物理勘探和钻探,并采用层次分析法优化预测方法,科学合理地对隧道进行综合预测,构建一个预测体系。也就是说,通过地质学,首先要宏观地分析要预测的隧道各段的地质状态,确定在施工过程中可能发生的异常地质体,然后通过层次分析法确定预报手段。并在必要时进行预钻孔以检查地质异常。这些方法基本上可以确保在施工过程中不会发生严重的地质灾害。
        结语
        基于层次分析法的综合超前地质预报,主要结论如下。首先,地质分析是其他预测技术的基础,其作用不可忽略。通过地质分析和评价,可以宏观确定隧道区域的地质特征和条件,为层次分析法的参数确定提供依据,为有效预测方法的优化提供依据。其次,基于层次分析法,在地质分析的基础上,充分利用了物理勘探的优势,实现了不同的预测目标。同时,在充分考虑隧道现场实际情况,定量评价预测方法,最终选择一种更适应的预测方法,保证综合预测效果,在减少歧义的前提下,提高了检测效率。实际工程应用证明,基于层次分析法的综合超前地质预报不仅可以充分发挥多种预测方法的优点,而且可以相互补充和验证,从而大大提高了预测的准确性,对提高探测效率起到了重要作用。
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