隧道工程復(fù)雜不良地質(zhì)超前預(yù)報分析與信息化技術(shù)

關(guān)鍵詞：隧道；建設(shè)；地質(zhì)預(yù)報；信息化；技術(shù)；進展

近些年我國的隧道工程建設(shè)不斷的擴大建設(shè)的規(guī)模，以及數(shù)量和長度方面也有了很大的提升，但隨之而來的就是更加復(fù)雜的地質(zhì)方面的條件帶來的施工難度。例如，其中的暗河、斷層破碎帶等，都會給隧道工程建設(shè)施工地阿萊嚴重的危害，非常容易發(fā)生卡機、塌方等事故。這些事故給人們的生命、財產(chǎn)安全造成了巨大的危害。因此，在速到工程建設(shè)過程中，跟對不同地質(zhì)情況，采取相應(yīng)的措施，進而降低由于地質(zhì)條件對使用、運營產(chǎn)生的不良影響，利用地址超前技術(shù)進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)害源超前探測方法與設(shè)備

如果地質(zhì)構(gòu)造為含水性質(zhì)，對其進行超前探測主要包含如下任務(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，對該構(gòu)造內(nèi)部進行測算，測算出其含水量、水體特征，而對于水量的探測，正式進行曹倩探測工作的難點，因此，必須基于而電流激發(fā)極化半衰時差法進行測量。

1.2.隧道前方斷層破碎帶超前預(yù)報

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，就必須對其進行探測，主要是利用TBM的三維地震法進行探測。這種探測方法，主要是在靠近邊墻的刀盤附近裝置12個激振點，然后在邊墻的部位，要布置10個傳感器，從而就可以進行探測，并且只需要使用檢修間隙進行探測即可，避免改造TBM的需要，如此就可以對斷層、溶洞、破碎帶進行三位定位的探測，這種探測方式可探測的距離為120米，并且對斷層的探測準確率尤為突出，可達到90%，并且探測距離方面的誤差僅為10%。

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)低運行的情況，一般情況下，不僅會由于一些惡劣的地質(zhì)條件影響，還會因為TBM/盾構(gòu)的不當選型有直接關(guān)系，并且也會與操控參數(shù)錯誤有關(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)，其本身是一個發(fā)現(xiàn)知識的過程，其主要功能為在大數(shù)據(jù)中進行搜索，搜索的對象應(yīng)該為具有特殊關(guān)系的信息、知識的過程。而機器學(xué)習(xí)主要是在隧道施工過程中，如何利用電腦來對人類學(xué)習(xí)知識的過程進行模擬和實現(xiàn)，并將已有的知識進行重構(gòu)，進而提升處理問題的能力，并且可以形成創(chuàng)新。利用機器學(xué)習(xí)技術(shù)，主要是為了可以對數(shù)據(jù)進行自動的分析，進而獲得信息中形成的規(guī)律，并對未知數(shù)據(jù)進行預(yù)判、評估。而關(guān)聯(lián)分析主要是對大數(shù)據(jù)中的所有有價值數(shù)據(jù)進行關(guān)系分析，例如，沃爾瑪超市曾經(jīng)將銷售數(shù)據(jù)進行關(guān)聯(lián)分析，將尿不濕與啤酒兩個商品擺放在一起進行銷售，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)濟效益。

在國外很多國家都早已經(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“智慧國家2015”的針對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，進行隧道施工中的設(shè)計、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，這種平臺集合存儲、查詢、三維可視化于一身，同時還可以虛擬瀏覽，是一種綜合作用的系統(tǒng)。在這個平臺中的信息包括地形、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、監(jiān)測等數(shù)據(jù)。而智慧隧道就屬于隧道工程建設(shè)中，以及在隧道運營服務(wù)過程中，信息化工程方面的高級階段，智慧隧道可以體現(xiàn)為“智慧”“智能”兩方面。第一，所謂智慧，主要是針對整個信息化系統(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、運營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、運營者更加聰明。比如，在隧道主體中植入互聯(lián)網(wǎng)，將整個主體、周圍都裝置智能傳感器，對相關(guān)的目標利用GPS進行定位，并利用無線射頻的方式連接成為物聯(lián)網(wǎng)，進而實現(xiàn)對隧道、設(shè)備等方面進行感知。另外，還可以進行云計算，并進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、方案、施工實施方案等，進行智能化相應(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、物理隧道兩者進行無縫連接，并在數(shù)字隧道中融入物聯(lián)網(wǎng)，智慧隧道可以將數(shù)字隧道的功能進行提升，將其進行智能化的結(jié)果。在智慧隧道中，可以將感知到的數(shù)據(jù)，利用云計算的手段進行快速的處理，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，可以說是無處不在，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)，進行全面、綜合的感知，同時對相應(yīng)的運行狀態(tài)、情況進行感測。

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)的形式進行傳輸、存儲。

3.3.3深度整合

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

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)，對隧道智能傳感器傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進行挖掘、發(fā)現(xiàn)、處理等工作，進而為智慧隧道的運行、建設(shè)，提供具有不同層次、要求的相關(guān)智能化服務(wù)。

隨著地質(zhì)預(yù)報的相關(guān)水平不斷提升，在隧道建設(shè)、運行過程中，應(yīng)該將其全過程實現(xiàn)信息化，并同時實現(xiàn)可視化、智慧化，基于此加強隧道的安全性、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。