隧道工程建設(shè)地質(zhì)預(yù)報(bào)及信息化技術(shù)的主要進(jìn)展及發(fā)展方向

何彥雷

（河北建設(shè)集團(tuán)卓誠(chéng)路橋工程有限公司，河北 保定 071100）

1 復(fù)雜不良地質(zhì)超前預(yù)報(bào)分析方法及其應(yīng)用

近些年我國(guó)的隧道工程建設(shè)不斷的擴(kuò)大建設(shè)的規(guī)模，以及數(shù)量和長(zhǎng)度方面也有了很大的提升，但隨之而來(lái)的就是更加復(fù)雜的地質(zhì)方面的條件帶來(lái)的施工難度。例如，其中的暗河、斷層破碎帶等，都會(huì)給隧道工程建設(shè)施工地阿萊嚴(yán)重的危害，非常容易發(fā)生卡機(jī)、塌方等事故。這些事故給人們的生命、財(cái)產(chǎn)安全造成了巨大的危害。因此，在速到工程建設(shè)過程中，跟對(duì)不同地質(zhì)情況，采取相應(yīng)的措施，進(jìn)而降低由于地質(zhì)條件對(duì)使用、運(yùn)營(yíng)產(chǎn)生的不良影響，利用地址超前技術(shù)進(jìn)行施工的知道具有非常重要的意義和作用。

1.1.突水突泥災(zāi)害源超前探測(cè)方法與設(shè)備

如果地質(zhì)構(gòu)造為含水性質(zhì)，對(duì)其進(jìn)行超前探測(cè)主要包含如下任務(wù)：

第一，首先明確含稅構(gòu)造的位置、大小、形態(tài)等，最終構(gòu)造三維成像。

第二，對(duì)該構(gòu)造內(nèi)部進(jìn)行測(cè)算，測(cè)算出其含水量、水體特征，而對(duì)于水量的探測(cè)，正式進(jìn)行曹倩探測(cè)工作的難點(diǎn)，因此，必須基于而電流激發(fā)極化半衰時(shí)差法進(jìn)行測(cè)量。

1.2.隧道前方斷層破碎帶超前預(yù)報(bào)

在隧道建設(shè)施工過程中，如果地質(zhì)條件存在斷層破碎帶，就必須對(duì)其進(jìn)行探測(cè)，主要是利用TBM 的三維地震法進(jìn)行探測(cè)。這種探測(cè)方法，主要是在靠近邊墻的刀盤附近裝置12 個(gè)激振點(diǎn)，然后在邊墻的部位，要布置10 個(gè)傳感器，從而就可以進(jìn)行探測(cè)，并且只需要使用檢修間隙進(jìn)行探測(cè)即可，避免改造TBM 的需要，如此就可以對(duì)斷層、溶洞、破碎帶進(jìn)行三位定位的探測(cè)，這種探測(cè)方式可探測(cè)的距離為120 米，并且對(duì)斷層的探測(cè)準(zhǔn)確率尤為突出，可達(dá)到90%，并且探測(cè)距離方面的誤差僅為10%。

2 隧道工程假設(shè)信息化技術(shù)的發(fā)展方向

2.1 開展基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的TBM/盾構(gòu)施工過程中的分析與控制研究

在隧道建設(shè)過程中，如果出現(xiàn)工程事故，或者是出現(xiàn)TBM/盾構(gòu)出現(xiàn)低運(yùn)行的情況，一般情況下，不僅會(huì)由于一些惡劣的地質(zhì)條件影響，還會(huì)因?yàn)門BM/盾構(gòu)的不當(dāng)選型有直接關(guān)系，并且也會(huì)與操控參數(shù)錯(cuò)誤有關(guān)。因此，如果想在選型、參數(shù)選擇方面提升科學(xué)性，應(yīng)該利用大數(shù)據(jù)相關(guān)技術(shù)。

2.2 大數(shù)據(jù)技術(shù)內(nèi)涵

在隧道建設(shè)過程中，所包含的大數(shù)據(jù)方面的技術(shù)應(yīng)用有數(shù)據(jù)挖掘方面的技術(shù)，還有關(guān)聯(lián)的分析技術(shù)、機(jī)器學(xué)習(xí)、、可視化處理等。

所謂數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，其本身是一個(gè)發(fā)現(xiàn)知識(shí)的過程，其主要功能為在大數(shù)據(jù)中進(jìn)行搜索，搜索的對(duì)象應(yīng)該為具有特殊關(guān)系的信息、知識(shí)的過程。

而機(jī)器學(xué)習(xí)主要是在隧道施工過程中，如何利用電腦來(lái)對(duì)人類學(xué)習(xí)知識(shí)的過程進(jìn)行模擬和實(shí)現(xiàn)，并將已有的知識(shí)進(jìn)行重構(gòu)，進(jìn)而提升處理問題的能力，并且可以形成創(chuàng)新。利用機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，主要是為了可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)的分析，進(jìn)而獲得信息中形成的規(guī)律，并對(duì)未知數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)判、評(píng)估。

而關(guān)聯(lián)分析主要是對(duì)大數(shù)據(jù)中的所有有價(jià)值數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)系分析，例如，沃爾瑪超市曾經(jīng)將銷售數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，將尿不濕與啤酒兩個(gè)商品擺放在一起進(jìn)行銷售，雖然這兩樣商品沒有任何關(guān)聯(lián)，但卻收獲了更高的經(jīng)濟(jì)效益。

3 數(shù)字隧道向智慧隧道的發(fā)展

在國(guó)外很多國(guó)家都早已經(jīng)開始了智慧工程方面的研究工作，并已經(jīng)有了很多成功的案例。例如，新加坡早在2006年就已經(jīng)啟動(dòng)“智慧國(guó)家2015”的針對(duì)交通堵塞問題的智慧城市系統(tǒng)，而在隧道建設(shè)工程方面斯德哥爾摩也是早就應(yīng)用的智慧城市的系統(tǒng)，促使汽車使用量降低四分之一，尾氣排放量降低了百分之八到百分之十四之間，因此，隧道工程建設(shè)已經(jīng)從原有的數(shù)字隧道開始向智慧隧道的方向發(fā)展。

3.1 數(shù)字隧道、智慧隧道的概念

在隧道信息化發(fā)展的過程中，數(shù)字隧道是其初期的發(fā)展階段，主要是利用信息化的手段，進(jìn)行隧道施工中的設(shè)計(jì)、勘察等數(shù)據(jù)方面的管理和集中管理工作。例如，在施工過程中常常用到的數(shù)字隧道工程基礎(chǔ)平臺(tái)，這種平臺(tái)集合存儲(chǔ)、查詢、三維可視化于一身，同時(shí)還可以虛擬瀏覽，是一種綜合作用的系統(tǒng)。在這個(gè)平臺(tái)中的信息包括地形、地理方面的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，也包括地質(zhì)方面的數(shù)據(jù)，還包括隧道主體方面設(shè)計(jì)、監(jiān)測(cè)等數(shù)據(jù)。

而智慧隧道就屬于隧道工程建設(shè)中，以及在隧道運(yùn)營(yíng)服務(wù)過程中，信息化工程方面的高級(jí)階段，智慧隧道可以體現(xiàn)為“智慧”“智能”兩方面。第一，所謂智慧，主要是針對(duì)整個(gè)信息化系統(tǒng)中的大系統(tǒng)、巨系統(tǒng)。所謂巨系統(tǒng)包括了人、自然、社會(huì)等形成的綜合體。而所謂大系統(tǒng)，則包括隧道的主體、環(huán)境、建設(shè)人員、運(yùn)營(yíng)人員等形成的綜合體。

而所謂智慧隧道，就是發(fā)揮隧道系統(tǒng)主體的作用，讓相關(guān)的建設(shè)者、運(yùn)營(yíng)者更加聰明。比如，在隧道主體中植入互聯(lián)網(wǎng)，將整個(gè)主體、周圍都裝置智能傳感器，對(duì)相關(guān)的目標(biāo)利用GPS 進(jìn)行定位，并利用無(wú)線射頻的方式連接成為物聯(lián)網(wǎng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)隧道、設(shè)備等方面進(jìn)行感知。另外，還可以進(jìn)行云計(jì)算，并進(jìn)行智能處理信息和分析信息。最后，將分析處理以后的數(shù)據(jù)結(jié)果，以及超前地質(zhì)預(yù)報(bào)、方案、施工實(shí)施方案等，進(jìn)行智能化相應(yīng)和決策支持等方面的指令。

3.2 智慧隧道和數(shù)字隧道的差異化和聯(lián)系

數(shù)字隧道是物理隧道在網(wǎng)上的虛擬對(duì)照體，兩者之間屬于分離狀態(tài)；而智慧隧道是將數(shù)字隧道、物理隧道兩者進(jìn)行無(wú)縫連接，并在數(shù)字隧道中融入物聯(lián)網(wǎng)，智慧隧道可以將數(shù)字隧道的功能進(jìn)行提升，將其進(jìn)行智能化的結(jié)果。在智慧隧道中，可以將感知到的數(shù)據(jù)，利用云計(jì)算的手段進(jìn)行快速的處理，并且可以基于大數(shù)據(jù)的相關(guān)技術(shù)，利用其在感知、邏輯思維、自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)等方面的能力，為智慧隧道提供智能化的服務(wù)。

3.3 智慧隧道中“智”的體現(xiàn)

3.3.1 透徹感知

在智慧隧道中擁有大量的智能傳感器，可以說(shuō)是無(wú)處不在，可以將隧道中的主體、隧道的環(huán)境、隧道設(shè)備、隧道工作人員等及其狀態(tài)，進(jìn)行全面、綜合的感知，同時(shí)對(duì)相應(yīng)的運(yùn)行狀態(tài)、情況進(jìn)行感測(cè)。

3.3.2 全面互聯(lián)

在智慧隧道中廣布的智能傳感器，需要通過物聯(lián)網(wǎng)將所有傳感器進(jìn)行連接，然后將所感應(yīng)到的數(shù)據(jù)，通過互聯(lián)網(wǎng)的形式進(jìn)行傳輸、存儲(chǔ)。

3.3.3 深度整合

通過物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)兩者的有機(jī)融合，以及兩者的鏈接，就會(huì)將隧道運(yùn)行中的異構(gòu)數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，形成一致性的數(shù)據(jù)，這也就是隧道工程建設(shè)和運(yùn)營(yíng)的全圖。

3.3.4 智能服務(wù)

在智慧隧道中，基于其中的網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)，可以利用云計(jì)算技術(shù)，可以為隧道構(gòu)建出全新服務(wù)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，并且可以利用大數(shù)據(jù)的相關(guān)技術(shù)，對(duì)隧道智能傳感器傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行挖掘、發(fā)現(xiàn)、處理等工作，進(jìn)而為智慧隧道的運(yùn)行、建設(shè)，提供具有不同層次、要求的相關(guān)智能化服務(wù)。

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著地質(zhì)預(yù)報(bào)的相關(guān)水平不斷提升，在隧道建設(shè)、運(yùn)行過程中，應(yīng)該將其全過程實(shí)現(xiàn)信息化，并同時(shí)實(shí)現(xiàn)可視化、智慧化，基于此加強(qiáng)隧道的安全性、高效性、智能性等，提高隧道的建設(shè)和管理工作水平，是今后隧道建設(shè)、信息化發(fā)展的重要方向。