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上海勘察設(shè)計研究院（集團）有限公司青島分公司  李耀   266199

摘要：綜合超前地質(zhì)預(yù)報技術(shù)可以有效地證明地質(zhì)條件，降低工程風(fēng)險，是進行各種隧道施工預(yù)測方法的有效技術(shù)手段。有效結(jié)合不同的預(yù)測方法是綜合超前地質(zhì)預(yù)報的關(guān)鍵。為避免隨機組合和預(yù)測方法效率低下與預(yù)測項目實際情況相結(jié)合的問題，可以使用層次分析法和Yaahp軟件進行多階段組合評估，并對各種預(yù)測方法的權(quán)重進行量化，合理地預(yù)測最佳預(yù)測系統(tǒng)。結(jié)合先進的鉆井技術(shù)、地質(zhì)雷達、地質(zhì)分析和TSP補充的綜合預(yù)測方法的合理選擇。城市地鐵預(yù)測的實際應(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；應(yīng)用
        引言
        我國已經(jīng)成為隧道建設(shè)最多，難度最大的國家，隨著城市的快速發(fā)展，地鐵建設(shè)引起了各國政府的關(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)條件對工程建設(shè)提出了嚴峻的挑戰(zhàn)?？睖y操作通常無法準(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)測對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)報尤其重要。超前地質(zhì)預(yù)報主要采用地質(zhì)分析、物理勘探、超前鉆探等手段，對隧道開挖前的圍巖條件進行檢測，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)場施工。目前較為成熟的地質(zhì)預(yù)測方法主要是地質(zhì)調(diào)查法、地雷雷達、TSP、高空鉆探、紅外探測等，其特征因預(yù)測方法而異，并根據(jù)方法選擇最佳組合進行超前地質(zhì)預(yù)報，避免了預(yù)測的盲目性。傳統(tǒng)的綜合超前地質(zhì)預(yù)報主要依賴于人們對選擇的感知，并且通常無法有效地組合在一起，從而影響預(yù)測的成本和有效性。根據(jù)隧道開挖的工程地質(zhì)條件，結(jié)合系統(tǒng)的工程方法，制定先進的隧道地質(zhì)預(yù)報方案，進行定量的綜合評價，具有十分重要的意義。層次分析法和模糊綜合評判法可以做出科學(xué)的決策和評價，以解決結(jié)構(gòu)復(fù)雜項目中超前地質(zhì)預(yù)報方法的決策問題。
        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)因素對目標(biāo)的影響，利用數(shù)據(jù)表達主觀判斷，確定目標(biāo)內(nèi)各個因素的權(quán)重，構(gòu)建模糊判斷矩陣，進行多階段模糊綜合判斷和決策。在層次分析模型中，復(fù)雜的問題可分解為多個元素，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：目標(biāo)層，基礎(chǔ)層和指標(biāo)層?？紤]到超前地質(zhì)預(yù)報計劃的選擇因素和重要性，將目標(biāo)層確定為針對超前地質(zhì)預(yù)報的最佳計劃。預(yù)測過程的評估標(biāo)準(zhǔn)層主要考慮檢測精度，技術(shù)可靠性和經(jīng)濟合理性。根據(jù)實際情況，將每個指標(biāo)級別細分為不同的評估指標(biāo)。
        2.隧道綜合超前地質(zhì)預(yù)報的研究
        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)問題，降低施工風(fēng)險的重要技術(shù)手段。由于隧道地質(zhì)條件的復(fù)雜性和不可預(yù)測性以及物理勘探方法的局限性，單一的預(yù)測方法已不能滿足當(dāng)前隧道建設(shè)的要求。隨著國內(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)測方法，該方法結(jié)合了表面空間差分檢測和隧道表面TSP203檢測的淺埋隧道斷面。山東大學(xué)巖土工程中心建立了多層次的預(yù)報系統(tǒng)，并根據(jù)“結(jié)合地質(zhì)，物探與鉆探”的原則，對伴隨的斷層，海底隧道和巖溶隧道進行了優(yōu)化。提出具有綜合先進地質(zhì)預(yù)報作用的四色隧道地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警機制，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)測的準(zhǔn)確性。北京交通大學(xué)考慮到宜萬鐵路奇岳山隧道的特殊地質(zhì)條件，開發(fā)了一套綜合的巖溶隧道先進地質(zhì)預(yù)報綜合系統(tǒng)，使地質(zhì)預(yù)測以信息為基礎(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地質(zhì)災(zāi)害的綜合分類評價系統(tǒng)，以實現(xiàn)綜合預(yù)測。
        3.隧道超前預(yù)報技術(shù)
        3.1綜合預(yù)報方法
        當(dāng)前，國內(nèi)外都將重點放在預(yù)測隧道前方的地質(zhì)條件上，并且已經(jīng)有很多檢測前方不良地質(zhì)體的方法，并且不斷出現(xiàn)新的檢測設(shè)備。常用的地質(zhì)預(yù)報方法如下。 （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)過程中可能產(chǎn)生的地質(zhì)災(zāi)害。
在此期間，通過研究揭露的圍巖，弄清了地質(zhì)發(fā)展的規(guī)律，并為施工過程中的綜合超前預(yù)報奠定了基礎(chǔ)。地質(zhì)分析法在施工前和施工中都可以進行，可粗略預(yù)報掌子面前方的工程和水文地質(zhì)條件，但結(jié)果會很粗糙，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，并且會延遲施工。 （3）地質(zhì)素描。施工過程中每次進尺后對掌子面進行地質(zhì)編錄。盡管這種方法不需要花費時間，并且可以根據(jù)技術(shù)人員豐富的地質(zhì)經(jīng)驗來推斷掌子面前方的地質(zhì)情況，但總的來說，經(jīng)驗方法仍然需要其他物理勘察方法的驗證。
        3.2地質(zhì)災(zāi)害的地質(zhì)分析法
        3.2.1水體
        從地質(zhì)分析的角度來看，當(dāng)隧道穿過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滲透性和相對防水性的地層，地下河流通過的部分，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，可能會發(fā)生涌水現(xiàn)象。
        3.2.2溶洞
        巖溶發(fā)育的四個基本條件是：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，泥巖或低強度頁巖。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)通常是判斷這類巖石外觀的主要依據(jù)。在施工過程中，有必要對表面進行良好的地質(zhì)素描，以便猜測此類巖體的可能位置。
        3.2.4斷層斷裂
        在隧道施工過程中，隧道表面縫隙和裂縫的數(shù)量和密度急劇增加，巖石強度降低，巖石破裂，大裂變巖石，相對較強的巖石風(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)報技術(shù)體系
        將隧道的長短結(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)測方法，科學(xué)合理地對隧道進行綜合預(yù)測，構(gòu)建一個預(yù)測體系。也就是說，通過地質(zhì)學(xué)，首先要宏觀地分析要預(yù)測的隧道各段的地質(zhì)狀態(tài)，確定在施工過程中可能發(fā)生的異常地質(zhì)體，然后通過層次分析法確定預(yù)報手段。并在必要時進行預(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程中不會發(fā)生嚴重的地質(zhì)災(zāi)害。
        結(jié)語
        基于層次分析法的綜合超前地質(zhì)預(yù)報，主要結(jié)論如下。首先，地質(zhì)分析是其他預(yù)測技術(shù)的基礎(chǔ)，其作用不可忽略。通過地質(zhì)分析和評價，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，實現(xiàn)了不同的預(yù)測目標(biāo)。同時，在充分考慮隧道現(xiàn)場實際情況，定量評價預(yù)測方法，最終選擇一種更適應(yīng)的預(yù)測方法，保證綜合預(yù)測效果，在減少歧義的前提下，提高了檢測效率。實際工程應(yīng)用證明，基于層次分析法的綜合超前地質(zhì)預(yù)報不僅可以充分發(fā)揮多種預(yù)測方法的優(yōu)點，而且可以相互補充和驗證，從而大大提高了預(yù)測的準(zhǔn)確性，對提高探測效率起到了重要作用。