施工地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)報方法研究

摘要：工程施工地質(zhì)災(zāi)害預(yù)報在工程施工中是十分重要的環(huán)節(jié)。文章對工程施工地質(zhì)災(zāi)害預(yù)報的重要性與原則進(jìn)行了論述，著重對相關(guān)地質(zhì)災(zāi)害預(yù)報的各種方法進(jìn)行了分析對比，認(rèn)為各種方法各有優(yōu)缺點和局限性，應(yīng)該取長補(bǔ)短，綜合分析，根據(jù)實際情況確定應(yīng)該采取的方法及其組合。

關(guān)鍵詞：地質(zhì)災(zāi)害；地質(zhì)雷達(dá)；工程施工

中圖分類號：P334文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1009-2374（2009）02-0171-02

地質(zhì)災(zāi)害是指在自然因素或人為活動作用下引發(fā)的、使生態(tài)環(huán)境遭受破壞、人類生命財產(chǎn)安全受到危害的一種與地質(zhì)作用有關(guān)的災(zāi)害。主要包括滑坡和泥石流。滑坡是斜坡上的巖體或土體，在重力作用下，沿一定的滑動面整體下滑的現(xiàn)象。泥石流是山區(qū)爆發(fā)的特殊洪流，它含有泥砂、石塊以至巨大的礫石，破壞力極強(qiáng)前地質(zhì)災(zāi)害預(yù)報的方法很多，根據(jù)時間和空間距離分為短期預(yù)報和中長期預(yù)報；根據(jù)實施方法可分為超前探孔和物探方法。超前水平鉆孔法可以直接揭示施工地層巖性、構(gòu)造、地下水、巖溶洞穴充填物及其性質(zhì)等資料，是最直接有效的地質(zhì)超前預(yù)報方法。物探方法是目前應(yīng)用較為廣泛的方法，如地質(zhì)雷達(dá)、紅外探水等，本文主要結(jié)合近年來的工程實踐，論述預(yù)報方法在我國目前施工地質(zhì)災(zāi)害預(yù)報中的技術(shù)現(xiàn)狀與今后的發(fā)展方向。

一、施工地質(zhì)災(zāi)害預(yù)報的重要性與原則

（一）施工地質(zhì)災(zāi)害預(yù)報的重要性

施工中的地質(zhì)災(zāi)害預(yù)報關(guān)系到工程的安全、質(zhì)量和進(jìn)度，因而倍受關(guān)注。特別是在地質(zhì)條件復(fù)雜的隧道工程中，有必要進(jìn)行地質(zhì)預(yù)報工作。我國山區(qū)眾多，地質(zhì)條件復(fù)雜，隧道開挖中常遇到塌方、冒頂、涌水和突泥等地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)象。施工地質(zhì)災(zāi)害預(yù)報要解決的問題主要有三個方面：斷裂、溶洞、破碎帶等不良地質(zhì)對象的性質(zhì)、規(guī)模的判定；不良地質(zhì)體的位置及產(chǎn)狀的確定；巖體工程類別化的識別等內(nèi)容。

（二）施工地質(zhì)災(zāi)害預(yù)報的原則

在施工地質(zhì)災(zāi)害預(yù)報工作中，我們要堅持“規(guī)范、全程、適宜、及時”的總原則?！耙?guī)范”是指在編制標(biāo)書時就設(shè)計好了工程施工期間的地質(zhì)災(zāi)害預(yù)報工作內(nèi)容及方法，在施工期間有專門從事地質(zhì)災(zāi)害預(yù)報工作的技術(shù)人員和用于地質(zhì)災(zāi)害預(yù)報的工作設(shè)備、儀器及制定了完善的管理制度和應(yīng)對突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的措施?！叭獭笔侵腹こ痰刭|(zhì)災(zāi)害預(yù)報工作必須貫穿于工程施工的全過程?！斑m宜”是指在不同的圍巖條件下采用不同的工程地質(zhì)災(zāi)害預(yù)報方法?！凹皶r”是指工程地質(zhì)災(zāi)害預(yù)報工作必須體現(xiàn)出及時性，以便隨時指導(dǎo)施工開挖。

二、施工地質(zhì)災(zāi)害預(yù)報的方法

（一）地質(zhì)雷達(dá)探測技術(shù)

地質(zhì)雷達(dá)屬于波反射法，是利用雷達(dá)發(fā)射天線向工程施工地質(zhì)連續(xù)發(fā)射脈沖式高頻電磁波，當(dāng)遇到有電性差異的界面或目標(biāo)體時即發(fā)生反射波和透射波。接收天線接收發(fā)射波并經(jīng)電纜傳遞給主機(jī)，在主機(jī)顯示屏上形成時實的時間剖面。根據(jù)記錄到的反射波的到達(dá)時間和求得的電磁波在介質(zhì)中的傳播速度，確定界面或目標(biāo)體的深度，同時根據(jù)反射波的形態(tài)、強(qiáng)弱及其變化等因素來判定目標(biāo)體的性質(zhì)。其分辨率高、無損傷、探測和數(shù)據(jù)處理速度快、機(jī)動靈活、操作方便、抗干擾能力強(qiáng)，可對隧道一定范圍內(nèi)進(jìn)行全方位探測，但是其預(yù)報距離較短，只能預(yù)報掌子面前方40～50m處的工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件，而較準(zhǔn)確預(yù)報的距離只有十幾米。地質(zhì)雷達(dá)探測要注意以下問題：（1）應(yīng)達(dá)到的有效探測距離。地質(zhì)雷達(dá)用于超前預(yù)報的有效探測距離在完整灰?guī)r地段應(yīng)達(dá)到25m左右。兩次預(yù)報的重復(fù)長度5m左右，比如用于施工隧道底部復(fù)查時，有效探測深度不小于10m。（2）現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集要求精確。工程施工預(yù)報的現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集主要是在掌子面上進(jìn)行，采集前應(yīng)對掌子面進(jìn)行平整處理，使雷達(dá)天線與掌子面能有較好的藕合，在掌子面附近應(yīng)沒有其它的金屬物體。雷達(dá)測線在掌子面上呈“井”字形布置，測線長度根據(jù)天線長度決定，在有限的掌子面上盡可能的長。

（二）紅外探水技術(shù)

紅外探水技術(shù)基本原理是基于不同地質(zhì)體具有不同的熱性質(zhì)，即水比巖石的熱導(dǎo)率低。當(dāng)工程外圍包括掌子面前方不含隱伏異常構(gòu)造時，其紅外發(fā)射場為一正常場，當(dāng)工程外圍包括掘進(jìn)前方存在隱伏的含水構(gòu)造時，構(gòu)造就要產(chǎn)生異常場，迭加到正常場以后，使正常場發(fā)生畸變，我們就可以從曲線的變化規(guī)律上分析出是否含有隱伏構(gòu)造。紅外探水的優(yōu)點是測量快速，基本不占用施工時間，資料分析快，測量完畢，即可得出初步結(jié)論。紅外探水法對預(yù)報掌子面前方有無潛伏的含水體是有效的，但對含水層的位置、出水量都無法知曉，對無水情況下的地質(zhì)災(zāi)害則難以預(yù)報。另外，紅外探水受工程內(nèi)環(huán)境影響較大，如通風(fēng)情況、掌子面附近的高亮度燈管發(fā)熱、噴射混凝土的散熱。在探測時應(yīng)盡量避免這些因素干擾。

（三）非線性系統(tǒng)理論預(yù)報技術(shù)

根據(jù)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生機(jī)理是一個復(fù)雜多變的非線性系統(tǒng)，可選用人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)方法表達(dá)和模擬。該方法是20世紀(jì)80年代發(fā)展起來的，它從模擬人腦的形象思維人手，由許多彼此高度連接、模仿大腦神經(jīng)元設(shè)計成的處理單元組成，模仿人類大腦思維的復(fù)雜過程。運(yùn)用這種方法，通過對試驗和現(xiàn)場觀測的數(shù)據(jù)進(jìn)行自學(xué)習(xí)，確定巖土體的結(jié)構(gòu)模型及其他各參數(shù)的非線性關(guān)系，這種學(xué)習(xí)過程是自適應(yīng)的，可以隨地質(zhì)、環(huán)境和工程條件的變化而變化，新的實例和數(shù)據(jù)的積累可以改善模型的精度。用非線性理論在地質(zhì)災(zāi)害方面的研究很多，如非線性動力學(xué)模型、加卸載響應(yīng)比理論、協(xié)同預(yù)測模型等災(zāi)害預(yù)報方法。目前應(yīng)用最廣泛的為BP前饋型網(wǎng)絡(luò)模型。BP網(wǎng)絡(luò)一般由一層輸入層，一層或多層隱含層和一層輸出層組成。其中輸入層的單元數(shù)由輸入?yún)?shù)的個數(shù)決定。對于地質(zhì)災(zāi)害預(yù)報預(yù)警工作，輸入?yún)?shù)主要是地質(zhì)、地貌氣候、水文、人類活動等；輸出層單元數(shù)由需要輸出參數(shù)的個數(shù)決定，可包括地質(zhì)災(zāi)害體穩(wěn)定性、地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生強(qiáng)度等等；隱含層個數(shù)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練過程中需求精度而定。根據(jù)地質(zhì)災(zāi)害基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)對模型進(jìn)行訓(xùn)練，當(dāng)輸入-輸出以及權(quán)值都能很好地表達(dá)地質(zhì)災(zāi)害的實際特征時，可將該訓(xùn)練好的網(wǎng)絡(luò)模型應(yīng)用于各個相同性質(zhì)地區(qū)，用于地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)測。

（四）地理信息系統(tǒng)技術(shù)

近年來地理信息系統(tǒng)（GIS）技術(shù)的發(fā)展給地質(zhì)災(zāi)害治理提供了一個集預(yù)報、預(yù)防、分析、監(jiān)測為一體的技術(shù)平臺，地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)信息具有區(qū)域分布差異性大、數(shù)據(jù)量大、信息載體多樣性的特點。而地理信息系統(tǒng)是一種采集、存儲、管理、分析、顯示與應(yīng)用地理信息的計算機(jī)系統(tǒng)，是分析和處理海量地理數(shù)據(jù)的通用技術(shù)。同時GIS具有空間分析功能和強(qiáng)大的兼容能力，將各種方法與GIS技術(shù)相結(jié)合建立起來的災(zāi)害預(yù)報系統(tǒng)，能提高災(zāi)害預(yù)報精度。

總之，工程施工地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測預(yù)報工作是修正和完善前期地質(zhì)勘察工作成果的一種手段。針對一項施工工程，應(yīng)考慮其具體的地質(zhì)情況，采用魚白技術(shù)對隧道可能存在的地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行預(yù)測。只要掌握準(zhǔn)確的地質(zhì)資料，選用方法得當(dāng)，預(yù)測預(yù)報工作就可以達(dá)到預(yù)知前方地質(zhì)情況的目的，從而及時、有效地指導(dǎo)施工。

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作者簡介：錢小碑（1978- ），男，湖南隆回人，杭州居安地質(zhì)技術(shù)開發(fā)有限公司助理工程師，研究方向：地質(zhì)災(zāi)害防治工程勘查、設(shè)計與巖土工程勘察。