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上?？辈煸O(shè)計(jì)研究院（集團(tuán)）有限公司青島分公司  李耀   266199

摘要：綜合超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)可以有效地證明地質(zhì)條件，降低工程風(fēng)險(xiǎn)，是進(jìn)行各種隧道施工預(yù)測(cè)方法的有效技術(shù)手段。有效結(jié)合不同的預(yù)測(cè)方法是綜合超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的關(guān)鍵。為避免隨機(jī)組合和預(yù)測(cè)方法效率低下與預(yù)測(cè)項(xiàng)目實(shí)際情況相結(jié)合的問(wèn)題，可以使用層次分析法和Yaahp軟件進(jìn)行多階段組合評(píng)估，并對(duì)各種預(yù)測(cè)方法的權(quán)重進(jìn)行量化，合理地預(yù)測(cè)最佳預(yù)測(cè)系統(tǒng)。結(jié)合先進(jìn)的鉆井技術(shù)、地質(zhì)雷達(dá)、地質(zhì)分析和TSP補(bǔ)充的綜合預(yù)測(cè)方法的合理選擇。城市地鐵預(yù)測(cè)的實(shí)際應(yīng)用表明，該方法在復(fù)雜多變的地質(zhì)環(huán)境和各種環(huán)境影響因素的隧道預(yù)測(cè)中取得了良好的效果。
關(guān)鍵詞：層次分析法；綜合超前地質(zhì)預(yù)報(bào)；應(yīng)用
        引言
        我國(guó)已經(jīng)成為隧道建設(shè)最多，難度最大的國(guó)家，隨著城市的快速發(fā)展，地鐵建設(shè)引起了各國(guó)政府的關(guān)注。在地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜的城市，地鐵建設(shè)的要求更加嚴(yán)格。城市地下管線的密集分布，各種建筑基礎(chǔ)和復(fù)雜的地質(zhì)條件對(duì)工程建設(shè)提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。勘測(cè)操作通常無(wú)法準(zhǔn)確確定地質(zhì)災(zāi)害的具體位置和規(guī)模，而海拔地質(zhì)預(yù)測(cè)對(duì)于減少施工的盲目性，并防止意外地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生，超前地質(zhì)預(yù)報(bào)尤其重要。超前地質(zhì)預(yù)報(bào)主要采用地質(zhì)分析、物理勘探、超前鉆探等手段，對(duì)隧道開(kāi)挖前的圍巖條件進(jìn)行檢測(cè)，確定不利地質(zhì)體的性質(zhì)、位置和規(guī)模，有效指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工。目前較為成熟的地質(zhì)預(yù)測(cè)方法主要是地質(zhì)調(diào)查法、地雷雷達(dá)、TSP、高空鉆探、紅外探測(cè)等，其特征因預(yù)測(cè)方法而異，并根據(jù)方法選擇最佳組合進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，避免了預(yù)測(cè)的盲目性。傳統(tǒng)的綜合超前地質(zhì)預(yù)報(bào)主要依賴(lài)于人們對(duì)選擇的感知，并且通常無(wú)法有效地組合在一起，從而影響預(yù)測(cè)的成本和有效性。根據(jù)隧道開(kāi)挖的工程地質(zhì)條件，結(jié)合系統(tǒng)的工程方法，制定先進(jìn)的隧道地質(zhì)預(yù)報(bào)方案，進(jìn)行定量的綜合評(píng)價(jià)，具有十分重要的意義。層次分析法和模糊綜合評(píng)判法可以做出科學(xué)的決策和評(píng)價(jià)，以解決結(jié)構(gòu)復(fù)雜項(xiàng)目中超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方法的決策問(wèn)題。
        1.層次分析法
        層次分析法是一種定性和定量相結(jié)合的多屬性確定分析方法。比較各種相關(guān)因素對(duì)目標(biāo)的影響，利用數(shù)據(jù)表達(dá)主觀判斷，確定目標(biāo)內(nèi)各個(gè)因素的權(quán)重，構(gòu)建模糊判斷矩陣，進(jìn)行多階段模糊綜合判斷和決策。在層次分析模型中，復(fù)雜的問(wèn)題可分解為多個(gè)元素，并且根據(jù)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(lèi)：目標(biāo)層，基礎(chǔ)層和指標(biāo)層?？紤]到超前地質(zhì)預(yù)報(bào)計(jì)劃的選擇因素和重要性，將目標(biāo)層確定為針對(duì)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的最佳計(jì)劃。預(yù)測(cè)過(guò)程的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)層主要考慮檢測(cè)精度，技術(shù)可靠性和經(jīng)濟(jì)合理性。根據(jù)實(shí)際情況，將每個(gè)指標(biāo)級(jí)別細(xì)分為不同的評(píng)估指標(biāo)。
        2.隧道綜合超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的研究
        隧道綜合超前地質(zhì)預(yù)技術(shù)是解決隧道施工中地質(zhì)問(wèn)題，降低施工風(fēng)險(xiǎn)的重要技術(shù)手段。由于隧道地質(zhì)條件的復(fù)雜性和不可預(yù)測(cè)性以及物理勘探方法的局限性，單一的預(yù)測(cè)方法已不能滿(mǎn)足當(dāng)前隧道建設(shè)的要求。隨著國(guó)內(nèi)外廣泛研究，已經(jīng)在該領(lǐng)域取得了一定的成果。彭立民等提出了一種綜合預(yù)測(cè)方法，該方法結(jié)合了表面空間差分檢測(cè)和隧道表面TSP203檢測(cè)的淺埋隧道斷面。山東大學(xué)巖土工程中心建立了多層次的預(yù)報(bào)系統(tǒng)，并根據(jù)“結(jié)合地質(zhì)，物探與鉆探”的原則，對(duì)伴隨的斷層，海底隧道和巖溶隧道進(jìn)行了優(yōu)化。提出具有綜合先進(jìn)地質(zhì)預(yù)報(bào)作用的四色隧道地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警機(jī)制，并制定相應(yīng)的應(yīng)急預(yù)案。朱和華等提出定性和定量分析，以提高綜合預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性。北京交通大學(xué)考慮到宜萬(wàn)鐵路奇岳山隧道的特殊地質(zhì)條件，開(kāi)發(fā)了一套綜合的巖溶隧道先進(jìn)地質(zhì)預(yù)報(bào)綜合系統(tǒng)，使地質(zhì)預(yù)測(cè)以信息為基礎(chǔ)。李天斌等采用模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法建立了隧道施工中常見(jiàn)地質(zhì)災(zāi)害的綜合分類(lèi)評(píng)價(jià)系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)綜合預(yù)測(cè)。
        3.隧道超前預(yù)報(bào)技術(shù)
        3.1綜合預(yù)報(bào)方法
        當(dāng)前，國(guó)內(nèi)外都將重點(diǎn)放在預(yù)測(cè)隧道前方的地質(zhì)條件上，并且已經(jīng)有很多檢測(cè)前方不良地質(zhì)體的方法，并且不斷出現(xiàn)新的檢測(cè)設(shè)備。常用的地質(zhì)預(yù)報(bào)方法如下。 （1）地質(zhì)分析法。研究了隧道的地質(zhì)背景、地形、地貌、氣候、水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)、地層巖石學(xué)和地表植被等，初步分析隧道施工建設(shè)過(guò)程中可能產(chǎn)生的地質(zhì)災(zāi)害。
在此期間，通過(guò)研究揭露的圍巖，弄清了地質(zhì)發(fā)展的規(guī)律，并為施工過(guò)程中的綜合超前預(yù)報(bào)奠定了基礎(chǔ)。地質(zhì)分析法在施工前和施工中都可以進(jìn)行，可粗略預(yù)報(bào)掌子面前方的工程和水文地質(zhì)條件，但結(jié)果會(huì)很粗糙，尤其是在地質(zhì)條件復(fù)雜的地區(qū)很難發(fā)揮作用。（2）超前鉆探。通過(guò)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(zhì)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(huì)延遲施工。 （3）地質(zhì)素描。施工過(guò)程中每次進(jìn)尺后對(duì)掌子面進(jìn)行地質(zhì)編錄。盡管這種方法不需要花費(fèi)時(shí)間，并且可以根據(jù)技術(shù)人員豐富的地質(zhì)經(jīng)驗(yàn)來(lái)推斷掌子面前方的地質(zhì)情況，但總的來(lái)說(shuō)，經(jīng)驗(yàn)方法仍然需要其他物理勘察方法的驗(yàn)證。
        3.2地質(zhì)災(zāi)害的地質(zhì)分析法
        3.2.1水體
        從地質(zhì)分析的角度來(lái)看，當(dāng)隧道穿過(guò)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(qiáng)滲透性和相對(duì)防水性的地層，地下河流通過(guò)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(shí)，可能會(huì)發(fā)生涌水現(xiàn)象。
        3.2.2溶洞
        巖溶發(fā)育的四個(gè)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(fā)育程度，巖溶的發(fā)育受地質(zhì)構(gòu)造表面的控制，同時(shí)受隔水頂板和底板的控制。也與巖石的產(chǎn)狀密切相關(guān)，侵蝕面和沉積期的地形對(duì)巖溶的發(fā)育也有一定的影響。
        3.2.3弱巖體
        在工程建設(shè)中，弱巖體可分為弱型、破碎型、高應(yīng)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(qiáng)度巖石塊，但具有良好的巖石完整性，例如風(fēng)化巖石，泥巖或低強(qiáng)度頁(yè)巖。軟巖的主要地質(zhì)災(zāi)害包括大范圍的巖石變形和滑坡。施工前的地質(zhì)調(diào)查數(shù)據(jù)通常是判斷這類(lèi)巖石外觀的主要依據(jù)。在施工過(guò)程中，有必要對(duì)表面進(jìn)行良好的地質(zhì)素描，以便猜測(cè)此類(lèi)巖體的可能位置。
        3.2.4斷層斷裂
        在隧道施工過(guò)程中，隧道表面縫隙和裂縫的數(shù)量和密度急劇增加，巖石強(qiáng)度降低，巖石破裂，大裂變巖石，相對(duì)較強(qiáng)的巖石風(fēng)化作用，泥漿含量增加等。填充在結(jié)構(gòu)表面上的動(dòng)態(tài)變質(zhì)礦物，例如滑石，方解石，石英等，例如字形結(jié)構(gòu)和其他小的扭曲結(jié)構(gòu)，拉伸缺陷附近的羽毛狀結(jié)構(gòu)，都明顯增加。上述地質(zhì)現(xiàn)象通常是斷層的先兆。
        3.3綜合超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)體系
        將隧道的長(zhǎng)短結(jié)合地質(zhì)，物理勘探和鉆探，并采用層次分析法優(yōu)化預(yù)測(cè)方法，科學(xué)合理地對(duì)隧道進(jìn)行綜合預(yù)測(cè)，構(gòu)建一個(gè)預(yù)測(cè)體系。也就是說(shuō)，通過(guò)地質(zhì)學(xué)，首先要宏觀地分析要預(yù)測(cè)的隧道各段的地質(zhì)狀態(tài)，確定在施工過(guò)程中可能發(fā)生的異常地質(zhì)體，然后通過(guò)層次分析法確定預(yù)報(bào)手段。并在必要時(shí)進(jìn)行預(yù)鉆孔以檢查地質(zhì)異常。這些方法基本上可以確保在施工過(guò)程中不會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的地質(zhì)災(zāi)害。
        結(jié)語(yǔ)
        基于層次分析法的綜合超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，主要結(jié)論如下。首先，地質(zhì)分析是其他預(yù)測(cè)技術(shù)的基礎(chǔ)，其作用不可忽略。通過(guò)地質(zhì)分析和評(píng)價(jià)，可以宏觀確定隧道區(qū)域的地質(zhì)特征和條件，為層次分析法的參數(shù)確定提供依據(jù)，為有效預(yù)測(cè)方法的優(yōu)化提供依據(jù)。其次，基于層次分析法，在地質(zhì)分析的基礎(chǔ)上，充分利用了物理勘探的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)了不同的預(yù)測(cè)目標(biāo)。同時(shí)，在充分考慮隧道現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，定量評(píng)價(jià)預(yù)測(cè)方法，最終選擇一種更適應(yīng)的預(yù)測(cè)方法，保證綜合預(yù)測(cè)效果，在減少歧義的前提下，提高了檢測(cè)效率。實(shí)際工程應(yīng)用證明，基于層次分析法的綜合超前地質(zhì)預(yù)報(bào)不僅可以充分發(fā)揮多種預(yù)測(cè)方法的優(yōu)點(diǎn)，而且可以相互補(bǔ)充和驗(yàn)證，從而大大提高了預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性，對(duì)提高探測(cè)效率起到了重要作用。