隧道不良地质识别:方法、现状及智能化发展方向

随着隧道施工对于不良地质识别精度要求的不断提高以及人工智能技术的发展,融合多源信息的不良地质智能化识别已成为发展趋势。本文首先阐述了常见的6种隧道不良地质类型及其地质成因,回顾分析了隧道主要的不良地质识别方法及现状,详细介绍了笔者在不良地质智能化识别方面的探索性研究:基于机器学习利用图像识别技术对隧道围岩岩性与裂隙特征进行智能识别;融合图像和光谱特征进行不良地质识别;将地化分析融入到传统的超前钻探中,融合随钻参数和地化信息进行不良地质随钻识别,既可以发挥超前钻探在感知岩体质量和地层信息变化方面的优势,又可以发挥地化分析在岩性和不良地质异常识别方面的优势;基于地质与物探联合反演进行不良地质识别,旨在实现掌子面前方不良地质体“形”(位置、形态、规模)和“性”(性质和类型)的精确识别。最后,对隧道不良地质智能化识别的发展趋势进行了展望。

基于风险的不良地质铁路山岭隧道施工安全管理研究

岩堆、软岩大变形、岩溶及富水断层、煤层、高地应力等不良地质对隧道施工安全影响大,对施工人员安全会造成极大威胁并大幅增加工程成本。开展基于风险的不良地质铁路山岭隧道施工安全管理研究,对于确保隧道施工安全意义重大。文章通过梳理铁路山岭隧道施工不良地质风险控制要点,结合郑渝高铁向家湾隧道施工安全管理实践,以具体突水事件处置过程为案例,总结利用超前预报和围岩监控量测、有害气体监测等手段,并以平导超前施工实现超前地质预报,充分发挥风险管理平台作用,制定针对性工程措施等安全管理成果。研究提出建立安全管理体系、强化安全过程控制、提高安全风险管理信息化应用水平、提高重大风险防范化解和应急处置能力等建议。

瞬变电磁法和地震反射波法在不良地质洞段超前地质预报中的应用

物探方法是超前地质预报的主要手段,通过不良地质体与围岩物性参数差异,及时发现和预测地质条件的变化。较完整一完整围岩岩体物性参数与不良地质体物性参数存在较明显差异,有利于分辨出不良地质体;但是在地质条件差洞段的不良地质体与围岩岩体物性参数差异极小,不利于分辨出不良地质体,使得岩体质量情况和地质灾害风险预报难度极大。本次采用瞬变电磁法与地震反射波法的综合物探法,在滇中引水工程大理Ⅱ段Ⅴ_(特)类岩体开展专项超前地质预报工作,主要利用岩体视电阻率、应力梯度、纵波波速、横波波速等参数对未开挖段岩体质量和可能存在的地质灾害风险进行预测。创造性地通过“日进尺”这一指标间接对开挖岩体破碎程度进行评价,经对比,预报成果中符合长度占实际开挖过程中问题段长度的85.1%,预报结果与开挖成果较为吻合;此外,对坍塌失稳段、突泥涌水段也有明显反映,为该方法组合在不良地质洞段超前地质预报中的应用提供了借鉴。

香炉山隧洞不良地质段“L”型地面超前注浆方案研究

为解决隧道(洞)建设过程中不良地质段突泥涌水和软岩大变形等问题,依托滇中引水工程香炉山隧洞,提出一种采用全孔长度超过500 m的地面“L”型定向钻孔注浆并辅以洞内超前注浆的加固方法,在实际工程中确定这一方法的具体设计方案。首先,通过现场地质调查与分析,揭示不良地质区段香炉山隧洞建设的技术难点;其次,介绍“L”型定向钻孔注浆的施工过程及注浆工艺;然后,设计出一种能够提高地层稳定性的“L”型地面超前注浆方案,并对地层进行加固;最后,采用掌子面揭示、注浆技术以及大地电磁检测等手段证明现场注浆效果。研究结果表明:1)“Z1+Z2+Z4”钻场设计为最优地面超前注浆技术方案;2)“L”型定向钻孔注浆辅以洞内超前注浆技术可满足盲区注浆区域覆盖问题,实现真正意义上的超前治理。

综合物探方法在高寒高海拔地区隧道不良地质体勘查中的应用研究——以玛沁隧道为例

隧道地质工程勘察中对地下岩体的破碎和隐伏断裂勘探是一项必要的工作手段。玛沁地区属典型的高寒高海拔地区,单一物探方法因存在多解性而不能较准确地表征勘查区的不良地质体发育情况。为查明玛沁隧道浅地表强分化层的厚度、隐伏断层位置及影响带、破碎软弱带及岩体完整性等不良地质体的分布情况,应用音频大地电磁法和高密度电阻率法等综合物探方法对玛沁隧道发育的不良地质体进行勘探。综合勘查区地质特征和综合物探研究成果表明,综合物探方法在高寒高海拔地区隧道勘查中不仅能够有效识别浅地表强分化层和破碎软弱带等不良地质体,而且可提高物探解释的精度。

富水凝灰岩不良地质条件下TBM施工的关键技术

为解决TBM穿越富水凝灰岩不良地层涌水停机、破碎围岩卡机、撑靴打滑等施工难题,文章以新疆某供水工程为例,采用现场踏勘和理论研究的方法,分析了工程水文地质、围岩状态、掘进参数等影响TBM安全施工的因素,设计了富水地层堵排水、超前化学灌浆加固、小导洞脱困、侧壁破碎围岩强度提升等处理方法,形成了富水凝灰岩地层TBM施工关键技术,降低了TBM施工不良地质洞段卡机风险,提高了TBM隧道施工效率,具有良好的经济和社会效益。研究成果能够为类似工程TBM通过不良地层施工提供参考。

不良地质中粗砂层钻孔灌注桩施工质量的控制研究

结合城市人行天桥工程项目实例,着重分析不良地质中粗砂层钻孔灌注桩施工质量的控制,主要包括双层钢护筒设计、特殊桩位钢护筒加长、钢护筒埋深、钢护筒拔出等质量控制措施。根据现场实际地质情况,编制合理的施工方案,结合EPC项目特点,确保施工费用有效控制,施工质量管控到位以及合同按期履约。

不良地质条件下顶管始发井逆作法施工技术研究

以内蒙古引绰济辽工程为例,阐述了该工程顶管始发井在不良地质条件下采用的逆作法施工工艺,辅以超前灌浆、井点降水、监控量测以及信息反馈等施工手段成功解决不良地质条件下始发井逆作法开挖支护及混凝土施工带来的一系列质量与安全问题,有效地避免了采用传统竖井基坑施工存在的各种风险,总结出不良地质条件下逆作法施工工艺和关键工序以及控制要点,所取得的经验可为今后类似工程参考。

公路隧道项目不良地质段的质量监测技术

为有效解决不良地质施工安全问题,提高施工质量监测水平,结合某隧道工程施工实践,针对公路隧道项目不良地质段质量监测技术展开综合探究,介绍了隧道施工特点及常见不良地质状况,指出了隧道监测的目的、任务,总结了不良地质段施工监测要点,为同类工程施工提供参考。

三峡成品油翻坝码头工程不良地质体稳定性评价及治理方案

宜昌港秭归港区茅坪作业区三峡成品油翻坝码头工程是三峡枢纽江南成品油翻坝项目的重要组成部分。综合前期地质调查和无人机勘察成果表明,宜昌港秭归港区茅坪作业区三峡成品油翻坝码头工程发育有3处危岩体、1处滑坡及1处崩岸共计5处不良地质体,对拟建水工结构物稳定性和未来运行安全有一定的影响。采用刚体极限平衡分析方法对危岩体和滑坡体的稳定性进行了量化分析,并对比研究了不同治理方案下的处置效果。在此基础上,对上述不良地质体分别给出了相应的防护设计方案和建议。

基于近景摄影测量技术的三峡翻坝码头不良地质体识别

三峡大坝蓄水至175m以来,长江上游航道改善,航运量快速增长,三峡翻坝转运模式的实施可在一定程度上缓解三峡枢纽船闸通过能力不足的矛盾。受地形地质条件限制,传统勘察手段在三峡翻坝码头中的应用具有一定的局限性。采用无人机三维影像技术进行不良地质体航拍识别,可以弥补传统调查存在安全风险、调查观测不全面、卫星影像资料分辨率低等缺陷。文章结合工程实例对应用无人机摄影技术进行危岩体勘察进行了介绍,可以为库区不良地质体的勘测设计工作提供参考。

不良地质条件下的桩基础选型研究

论文基于典型不良地质条件中的冻土地基分析,明确了冻土地基下桩基础形式,并基于桩基础应力分布,给出了最佳桩基础选型。结果表明:融土过程下桩基础位移更大,相对于冻土过程更危险。锥柱+直柱+底板基础形式在冻土不良地质环境下位移更小,且能承担荷载更大,该类型基础实用性更强。

复杂不良地质条件下超长隧道施工关键技术与通风方案优化

大燕岭隧道沿线的不良地质现象主要为滑坡、崩塌及岩溶等。为明确不良地质的具体信息和可能发生灾害的具体方位,施工中采用了“TSP+GeodeEM3D+探地雷达法”的综合超前地质预报方法。预报结果表明:PC17+570-PC17+770段洞身岩溶发育;掌子面左侧发现1个长度为2~3m的溶洞;PC17+602段开始,雷达探测结果频率变低,表明岩体裂隙发育且岩体含水量较高,基于预报结果提前做好防水措施并加强支护,确保了隧道施工安全。对于软弱围岩地段,采用悬臂式掘进机开挖、无轨运输出渣技术的开挖方案,悬臂式掘进机开挖产生的有害气体少、超欠挖比例明显较少、施工对围岩等扰动较小。最后对隧道通风方式进行了优化,原通风方案为巷道式通风,现场监测结果表明有害气体的浓度、峰值浓度持续时间等超过规范限值,因此将巷道式通风优化为压入式通风和巷道式通风结合的方式,通风方案优化后有害气体的浓度等指标均满足规范要求,可满足隧道健康安全施工要求。

不良地质条件下大直径竖井塌方处理技术研究

在不良地质下进行竖井开挖施工是非常困难的,尤其是在进行大直径竖井开挖过程中,更是困难重重,这就要求在施工过程中必须采取可靠的支护措施,才能保证施工安全、质量和进度。但由于地下地质条件复杂,不确定因素较多,在竖井施工时发生塌方的情况时有发生。为了安全高效地处理竖井塌方问题,文章以内蒙古引绰济辽蛟流河顶管始发井塌方为例,分析塌方处理方法,为类似工程提供借鉴。

穿越不良地质带隧道结构响应规律模型实验平台设计

为研究隧道穿越不良地质带的结构响应特性,以福宜高速公路阳宗隧道工程为依托,设计了穿越不良地质带隧道结构响应规律模型实验平台,实现了几种不同类型不良地质带工况下隧道工程缩尺模拟实验。基于该平台,详细介绍了所有系统的结构及功能,针对4种不良地质带工况制定了相应实验方案,并以断层破碎带作为典型不良地质案例,演示了模型实验全过程,分析了隧道穿越断层破碎带区域的结构响应规律,最后将实验结果与数值模拟结果进行对比,验证了模型实验的有效性。

不良地质和瓦斯综合影响下的隧道施工方案

不良地质和有害气体直接影响到隧道施工质量控制、工艺调整和施工难度等,为确保隧道施工的有序平稳进行,必须实行重点区域重点管理制度。该文以某隧道为例,基于其面临的不良地质、低瓦斯双重影响,提出针对性的隧道施工方案,并提出针对性的注意事项,旨在为类似隧道施工提供参考。

基于不良地质条件下塔式起重机安装稳定性研究

为了更好地处理不良地质与大臂展塔式起重机安装过程中存在的技术隐患,分析了此种组合情况下塔式起重机安装施工的技术难点。针对软弱地基工程,采取了CFG桩对该地基进行处理的方案,其单桩竖向的承载力特征值为330 kN,最大沉降量为3.14 mm,最大偏向值为30 mm,满足设计要求。通过对塔式起重机基础安装施工过程中塔式起重机不同风速下、不同方向下的有限元模拟,得出其最大位移响应为19.16 mm,最大加速度响应为0.7161 m/s2,并根据计算结果提出了相应的预警方案。

不良地质条件下地铁车站主体结构开挖及复合型支护研究

为探讨不良地质条件下的地铁车站主体结构开挖及复合型支护施工方案,结合青岛地铁5号线麦岛站实际情况,立足施工的重难点,分析了不良地质条件下,地铁车站主体结构开挖和复合型支护施工技术的关键要点和注意事项,并展示了具体的应用效果。研究结果表明,开挖和支护是地铁车站主体结构施工的关键工序,一旦遇到复杂多变的地质条件,开挖和支护的难度会大幅提升。为更好地保障施工质量和安全性,在具体施工中须根据车站主体所在区域的地质水文条件、围岩岩性及施工重难点,严控爆破施工参数,并采用环形台阶法开挖及复合型支护方式,保证复杂地质条件下,地铁车站主体结构施工顺利完成。

不良地质条件下分洪道工程隧洞施工技术应用研究

分洪道可以有效改善河流流域内的洪水,而在分洪道工程施工中,对不良地质条件的处理是施工顺利进行的前提。乐山市竹公溪分洪道工程隧洞段施工过程中不良地质现状情况复杂,经分析,提出并应用了活动性断裂带及断层破碎带,软岩大变形,岩溶渗涌突水、突泥,预防洞口边坡失稳与反坡排水等处理措施。监控量测结果显示,隧洞段的变形逐渐趋于稳定,表明该技术可以为后续类似分洪道工程的施工提供有效参考,并为大规模的水利工程建设提供实例借鉴。

黄土高原淤地坝建设不良地质问题及整治措施探析

黄土高原地区水土侵蚀严重,建设淤地坝可以预防和改善水土流失,保护坝区生态环境并涵养水土。工程区属黄土高原水侵蚀区,沟壑密集,冲刷严重,在此修建淤地坝将面临复杂的地质环境,工程难度较大。通过现场勘察,查明工程区地质条件,探讨黄土高原淤地坝建设中存在的主要地质问题,并提出整治措施,用于解决满郭滩大(2)型淤地坝建设中的实际工程问题。