CN112485823B - 高效综合超前地质预报方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种高效综合超前地质预报方法，包括：S100在隧道施工前，根据既有资料对目标区域进行地表调查，以地表调查结果选择多种单一预报方法形成组合预报方案，进行施工前地质预报；S200依据施工前地质预报隧道施工方案进行隧道施工，在隧道施工过程中，根据隧道开挖进行地质信息反馈，并采用TSP超前探测法对开挖的前方进行长距离预报，验证是否与施工前地质预报情况一致；S300在隧道施工过程中若发生与施工前地质预报情况不一致，则暂停施工，根据新发现的地质情况重新选择多种单一预报方法形成新的组合预报方案，参照施工前地质预报方式重新进行地质预报，然后依据新地质预报调整隧道施工方案继续进行隧道施工。本发明提高了预报的精准度和效率。
Description
技术领域
本发明涉及隧道工程施工的地质预报技术领域，特别涉及一种高效综合超前地质预报方法。
背景技术
隧道建设工程是一种典型的地质工程，近年来的长深埋型复杂隧道的施工，常常面临非常复杂的地质环境，这些复杂的地质条件往往会诱发多种地质灾害，由施工诱发的灾害是不可逆的，而且是突发性的，这些地质灾害严重制约隧道施工进度，甚至造成严重的经济损失和人员伤亡事故。隧道在施工过程中受地质灾害影响的实例不胜枚举，我国近长深埋隧道在施工过程中常见的灾害形式主要有：岩溶、岩爆、突水、突泥、大变形、断层、瓦斯等。通过地质勘探进行超前地质预报来确定和调整隧道施工方案，是减少隧道施工中发生地质灾害的有效手段。
地质勘探是通过各种手段、方法对地质进行勘查和探测，确定合适的围岩地质状况，根据不同的围岩，确定开挖方法，对一定地区内的岩石、地层、构造、水文和地貌等地质情况进行调查研究工作，地质学是七大自然科学之一，主要是研究地球及其成因和演化发展，实际应用是非常广泛的，地震的预测、各类矿产的寻找、勘探，灾害性的滑坡，古生物的演化。
地质勘探是以各种岩石和矿石的密度、磁性、电性、弹性、放射性等物理性质的差异为研究基础，用不同的物理方法和物探仪器，探测天然的或人工的地球物理场的变化，通过分析、研究获得的物探资料，推断、解释地质构造和矿产分布情况，主要的物探方法有重力勘探、磁法勘探、电法勘探、地震勘探和放射性勘探等，目前在探测中一般使用TSP超前探测、地质分析法、地质雷达法、超前钻孔法和红外探测等单一手段进行超前地质预报，但是采用单一方法进行超前地质预报都存在一定的局限性和多解性，加上面临的地质条件的复杂多变，物探往往只能提供异常区可能存在的地质灾害，造成预报偏差极大的难题，为此，我们提出一种高效综合超前地质预报方法。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种高效综合超前地质预报方法，包括以下步骤：
S100在隧道施工前，根据既有资料对目标区域进行地表调查，以地表调查结果选择多种单一预报方法形成组合预报方案，进行施工前地质预报；
S200依据施工前地质预报隧道施工方案进行隧道施工，在隧道施工过程中，根据隧道开挖进行地质信息反馈，并采用TSP超前探测法对开挖的前方进行长距离预报，验证是否与施工前地质预报情况一致；
S300在隧道施工过程中若发生与施工前地质预报情况不一致，则暂停施工，根据新发现的地质情况重新选择多种单一预报方法形成新的组合预报方案，参照施工前地质预报方式重新进行地质预报，然后依据新地质预报调整隧道施工方案继续进行隧道施工。
可选的，所述组合预报方案至少包括地质分析法和TSP超前探测法：
所述地质分析法包括根据测绘及其它方式得到的地质基础资料，对隧道项目的地层岩性、地质构造、围岩类别和岩溶发育规律及特征，以及富水规模进行宏观预测预报，探明不良地质的分布范围和/或里程；
所述TSP超前探测法包括査明隧道岩体完整性、软弱结构面、断层破碎带、裂隙发育带规模、大小、发育位置。
可选的，所述施工前地质预报过程如下：
S110采用组合预报方案中包含的各单一预报方法分别对目标区域进行地质探测和预报；
S120对组合预报方案中的各单一预报方法的地质探测和预报进行汇总，进行综合分析得到综合预报结论。
可选的，若目标区域的地表调查结果为富水带，所述组合预报方法还包括红外探测法和超前钻孔法；
所述红外探测法包括对隧道前方掌子面水文地质条件进行探测，采取重叠式预报，对重叠部分进行对比分析；
所述超前钻孔法包括对于岩溶中等强烈发育及复杂地段进行一孔探测或者多孔探测，复杂地段为勘察期间发现的断层破碎带、裙皱地段、沟谷地段、可溶岩与非可溶岩接触带、裂隙发育带、岩脉出露带及其他预报手段探测到的异常地段。
可选的，若目标区域的地表调查结果为破碎带，所述组合预报方法还包括浅层地震反射波法和地质雷达法；
所述浅层地震反射波法包括以地震反射波的波形分析，用于推断隧道周边地层裂缝和塌陷情况，波形分析过程中通过求解以下方程得到地层中的裂缝深度位置：
(Vt)2＝L2+4SLsinθ+4S2
上式中，t表示地震反射波传播时间；V表示地震反射波在地层中的传播速度；L表示发射点与地震反射波接收点的距离；S表示裂缝深度；θ表法线倾角；
所述地质雷达法包括对可溶岩段、向斜核部、侵入接触带、软硬岩接触带、断层及其影响带或超前探测发现的异常地带，进行短距离精确探测，精确查明岩溶裂隙发育的位置、规模、形态、充填状况及富水状况以及断层破碎带、裂隙发育带位置、规模、接触带岩体完整性等工程地质及水文地质条件。
可选的，若目标区域的地表调查结果显示存在溶洞，所述组合预报方法还包括地质雷达法。
可选的，若目标区域的地表调查结果显示存在断层，所述组合预报方法还包括地质雷达法和超前钻孔法。
可选的，地表调查包括对隧道范围内地形、地貌、地层岩性、地质构造、水文地质条件和不良地质作用进行全面核查；根据隧道工程地质勘察图，调查隧道进出口及隧道中线两侧设定范围内的地质情况。
可选的，所述综合分析包括对全隧道进行地质素描，记录现场揭露的地质信息，并综合组合预报方法中的各种探测方法获得的地质信息，预测预报隧道前方地质及水文地质条件，具体如下：
第一，对组合预报方法中的各种预报方法得到的预报结果进行综合分析，推断掌子面围岩的岩性、岩体结构、地质构造及地下水含水情况，判断掌子面前方围岩地质情况；
第二，将预报信息和掌子面分布情况通过几何作图进行分析，确定隧道的拱顶和边墙中含有的不稳定地质体的规模；
第三，将隧道己开挖区段围岩的地质和水文特征与预报结果进行对比和验证。
可选的，所述综合分析之前先采用以下方法对数据进行降噪处理：
第一，将各单一预报数据建立矩阵，提取矩阵的特征值，进行梯度分析和边缘检测，以各单一预报的探测图像生成对应的梯度映射图，对梯度映射图进行腐蚀操作，消除因孤立噪声而产生的梯度点，进行膨胀操作将梯度点对应的边缘连接起来；
第二，进行距离相似性评估，先采用以下曼哈顿距离公式评估数据的距离：
上式中，D(δi，δj)表示数据δi和δj的距离评估值；n表示每个数据包含的属性数量；δik表示包括属性数量为k的数据δi；δjk表示包括属性数量为k的数据δj；
然后采用以下公式计算数据的距离相似性：
上式中，γ(δi，δj)表示数据δi和δj的距离相似性；D(δi，δj)表示数据δi和δj的距离评估值；
将相似度超过设定阈值的数据归入同族数据，去除最终未归入任何一族的数据；
第三，根据码率、梯度和动态特性，选择双边滤波器的强度，以双边滤波器进行滤波，双边滤波器的两个参数为灰度差信息和距离信息；将滤波后的数据用于综合分析。
本发明采用对各种预报方法得到的预报结果进行综合分析，推断掌子面围岩的岩性、岩体结构、地质构造及地下水含水情况，判断掌子面前方围岩的工程地质情况，并根据综合预报结果提出合理的措施建议，提高了预报的精准度和效率，为施工安全提供保障。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明实施例中一种高效综合超前地质预报方法流程图；
图2为本发明高效综合超前地质预报方法实施例采用的施工前地质预报过程流程图；
图3为隧道施工项目超前地质预报和决策过程示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明实施例提供了一种高效综合超前地质预报方法，包括以下步骤：
S100在隧道施工前，根据既有资料对目标区域进行地表调查，以地表调查结果选择多种单一预报方法形成组合预报方案，进行施工前地质预报；
S200依据施工前地质预报隧道施工方案进行隧道施工，在隧道施工过程中，根据隧道开挖进行地质信息反馈，并采用TSP超前探测法对开挖的前方进行长距离预报，验证是否与施工前地质预报情况一致；
S300在隧道施工过程中若发生与施工前地质预报情况不一致，则暂停施工，根据新发现的地质情况重新选择多种单一预报方法形成新的组合预报方案，参照施工前地质预报方式重新进行地质预报，然后依据新地质预报调整隧道施工方案继续进行隧道施工。
上述技术方案的工作原理为：本发明对地质的超前预报分为两个不同的阶段进行，一是在隧道施工前以组合预报方案进行地质预报，以地质预报做为组织隧道施工的依据；二是在隧道施工过程中，对掘进前方将要开挖部位的地质情况进行长距离预报，以验证施工前的预报是否正确，如果发现施工前预报不曾预料到的地质情况，则停止施工，再次采用新的组合预报方案重新进行地质预报，及时采取措施调整施工，避免出现事故。
上述技术方案的有益效果为：本发明采用对各种预报方法得到的预报结果进行综合分析，推断掌子面围岩的岩性、岩体结构、地质构造及地下水含水情况，判断掌子面前方围岩的工程地质情况，并根据综合预报结果提出合理的措施建议，提高了预报的精准度和效率，为施工安全提供保障。
在一个实施例中，所述组合预报方案至少包括地质分析法和TSP超前探测法：
所述地质分析法包括根据测绘及其它方式得到的地质基础资料，对隧道项目的地层岩性、地质构造、围岩类别和岩溶发育规律及特征，以及富水规模进行宏观预测预报，探明不良地质的分布范围和/或里程；
所述TSP超前探测法包括査明隧道岩体完整性、软弱结构面、断层破碎带、裂隙发育带规模、大小、发育位置。
上述技术方案的工作原理为：TSP超前探测法的原理，利用地震波传播中遇到不同介质时会产生反射波的特性，当震源产生的地震波在传播时，如果传播前方的地质体发生变化如断层、破碎带和岩性变化等，会有一部分波被反射回来，另一部分波则继续向前传播，直至能量完全衰减。反射回来的地震波信号用高灵敏度的地震检波器所接收，接收的数据通过处理后，经过解译和对比分析，就可以预报隧道掌子面前方的不良地质体是属于破碎带、断层或者是否含水等情况，还能根据其在图像中的分布情况，判别灾害所在的位置及规模。
上述技术方案的有益效果为：TSP超前探测法能够快速地对掌子面前方较大范围内的地质情况进行预报，可以弥补传统地质预报方法只能定性预报而无法对灾害进行定量预报的缺陷，具有较高的精度，不仅可以及时地为隧道施工方案的修改提供依据，而且提前做好预防可以减少施工中突发性地质灾害的危险性，减少设备损失和人员伤亡，带来经济和社会效益。
在一个实施例中，如图2所示，所述施工前地质预报过程如下：
S110采用组合预报方案中包含的各单一预报方法分别对目标区域进行地质探测和预报；
S120对组合预报方案中的各单一预报方法的地质探测和预报进行汇总，进行综合分析得到综合预报结论。
上述技术方案的工作原理和有益效果为：本方案对隧道施工前的组合预报采取了分步方式，先对组合预报中的各单一预报方法分别进行独立预报，然后再对组合预报中的所有预报方法进行综合分析和预报，通过此方式，可以将各单一预报和组合预报相互参照对比，增加隧道施工前地质预报的准确性和可信度。
在一个实施例中，若目标区域的地表调查结果为富水带，所述组合预报方法还包括红外探测法和超前钻孔法；
所述红外探测法包括对隧道前方掌子面水文地质条件进行探测，采取重叠式预报，对重叠部分进行对比分析；
所述超前钻孔法包括对于岩溶中等强烈发育及复杂地段进行一孔探测或者多孔探测，复杂地段为勘察期间发现的断层破碎带、裙皱地段、沟谷地段、可溶岩与非可溶岩接触带、裂隙发育带、岩脉出露带及其他预报手段探测到的异常地段。
上述技术方案的工作原理和有益效果为：红外探测法是以红外辖射场强的变化值来分析推断掌子面前方和洞壁四周地质情况，判断是否含有隐伏的含水构造，隧道围岩每时每刻都在向外发射红外波段的电磁波，并形成红外福射场，场有密度、能量、方向等信息，通过了解岩层在向外部发射红外福射的信息，可以依此推断隧道掌子面前方岩体的地质信息；红外探测每个循环可探测30m，为提高预报准确度和精度，可以采取重叠式预报，每20～25m探测一次，重叠部分对比分析，红外探测法可以掌握掌子面前方大约范围内的富水带位置及富水情况。超前钻孔法是对岩层进行钻孔取样方式进行地质探测预报，根据地形等实际情况，可以选择钻一个孔或者多个孔进行取样，保证取样的代表性和探测的准确性。
在一个实施例中，若目标区域的地表调查结果为破碎带，所述组合预报方法还包括浅层地震反射波法和地质雷达法；
所述浅层地震反射波法包括以地震反射波的波形分析，用于推断隧道周边地层裂缝和塌陷情况，波形分析过程中通过求解以下方程得到地层中的裂缝深度位置：
(Vt)2＝L2+4SLsinθ+4S2
上式中，t表示地震反射波传播时间；V表示地震反射波在地层中的传播速度；L表示发射点与地震反射波接收点的距离；S表示裂缝深度；θ表法线倾角；
所述地质雷达法包括对可溶岩段、向斜核部、侵入接触带、软硬岩接触带、断层及其影响带或超前探测发现的异常地带，进行短距离精确探测，精确查明岩溶裂隙发育的位置、规模、形态、充填状况及富水状况以及断层破碎带、裂隙发育带位置、规模、接触带岩体完整性等工程地质及水文地质条件。
上述技术方案的工作原理和有益效果为：浅层地震反射波法是采用地震波反射原理进行探测，具有分辨率高、勘探深度范围大、成果直观明显的特点，其中采用上述方程进行求解，可以得到地层中反射地震波的裂缝所处的准确深度位置；地质雷达法为一种超声波探测方式，利用地质雷达设备发射超声波，同时接收反射回来的超声波进行分析，以了解地质情况。
在一个实施例中，若目标区域的地表调查结果显示存在溶洞，所述组合预报方法还包括地质雷达法；若目标区域的地表调查结果显示存在断层，所述组合预报方法还包括地质雷达法和超前钻孔法。
上述技术方案的工作原理和有益效果为：本方案给存在溶洞或者存在断层的地质在施工前所采用组合预报方案中的各单一做了进一步的要示，为保障预报的准确性，适应该种地质情况，对于存在溶洞的地质要求在地质分析法和TSP超前探测法的基础上还要增加地质雷达法，形成至少三种单一预报方法的组合；对于存在断层的地质要求在地质分析法和TSP超前探测法的基础上还要增加地质雷达法和超前钻孔法，形成至少四种单一预报方法的组合。
在一个实施例中，所述地表调查包括对隧道范围内地形、地貌、地层岩性、地质构造、水文地质条件和不良地质作用进行全面核查；根据隧道工程地质勘察图，调查隧道进出口及隧道中线两侧设定范围内的地质情况。
上述技术方案的工作原理和有益效果为：本发明在选择组合预报方案前需要先进行地表调查，其调查结果对组合预报方案的选择有直接影响，因此地表调查是否全面非常重要，若地表调查不全面导致组合预报方案的选择不合适，会影响组合预报的准确性，导致需要重新进行组合预报方案的选择和预报，浪费大量的资源和时间，容易造成事故或者工程延误，在施工存在季节性影响的地区可能错过最佳施工时间。
在一个实施例中，所述综合分析包括对全隧道进行地质素描，记录现场揭露的地质信息，并综合组合预报方法中的各种探测方法获得的地质信息，预测预报隧道前方地质及水文地质条件，具体如下：
第一，对组合预报方法中的各种预报方法得到的预报结果进行综合分析，推断掌子面围岩的岩性、岩体结构、地质构造及地下水含水情况，判断掌子面前方围岩地质情况；
第二，将预报信息和掌子面分布情况通过几何作图进行分析，确定隧道的拱顶和边墙中含有的不稳定地质体的规模；
第三，将隧道己开挖区段围岩的地质和水文特征与预报结果进行对比和验证。
上述技术方案的工作原理和有益效果为：综合预报结果是确定施工方案主要依据，综合预报结果准确，根据综合预报结果提出施工措施建议就更合理，可以降低风险，减少施工事故；在施工过程中需要重新进行组合预报和综合分析时，确定进一步预报的实施方案，可以进一步提出描固支护意见，为相关部门是否修改预报方法及参数决策提供建议和意见，根据已开挖揭示的水文地质状况，提供实施注浆止水方案等。
在一个实施例中，所述综合分析之前先采用以下方法对数据进行降噪处理：
第一，将各单一预报数据建立矩阵，提取矩阵的特征值，进行梯度分析和边缘检测，以各单一预报的探测图像生成对应的梯度映射图，对梯度映射图进行腐蚀操作，消除因孤立噪声而产生的梯度点，进行膨胀操作将梯度点对应的边缘连接起来；
第二，进行距离相似性评估，先采用以下曼哈顿距离公式评估数据的距离：
上式中，D(δi，δj)表示数据δi和δj的距离评估值；n表示每个数据包含的属性数量；δik表示包括属性数量为k的数据δi；δjk表示包括属性数量为k的数据δj；
然后采用以下公式计算数据的距离相似性：
上式中，γ(δi，δj)表示数据δi和δj的距离相似性；D(δi，δj)表示数据δi和δj的距离评估值；
将相似度超过设定阈值的数据归入同族数据，去除最终未归入任何一族的数据；
第三，根据码率、梯度和动态特性，选择双边滤波器的强度，以双边滤波器进行滤波，双边滤波器的两个参数为灰度差信息和距离信息；将滤波后的数据用于综合分析。
上述技术方案的工作原理和有益效果为：本方案通过对数据进行降噪处理，产生构建成矩阵进行腐蚀和膨胀操作处理，然后通过距离近似性评估剔除异常数据，再选择双边滤波器进行滤波，经过三个处理过程后的数据才用于综合分析，排除了野外数据采集中受到的干扰，防止受干扰采集的异常数据对综合分析结果带来的不利影响，进一步提高综合分析结果的可信度。
下面以假定以一个隧道施工项目为例，如图3所示，通过其地质预报和决策过程来对本发明的应用进行说明，该隧道施工项目的地质预报和决策过程如下：
步骤一：进行宏观预报(研究既有资料并进行地表调查，划分预报等级，确定预报的重点，指定预报方案)；
步骤二：采用TSP法进行中长距离预报(0-100m)，TSP法超前地质预报***，是专门为隧道和地下工程超前地质预报研制开发的，是目前在该领域的最先进设备；
步骤三：进行单孔超前探测，准备钻机一台，放线确定钻孔位置，在预设点留设标记；
步骤四：进行地质雷达、红外探测(0-30m)，准备地质雷达探测仪和红外探测仪，测试仪器的精度，对新进场的设备进行检测和校对，了解使用说明书，熟悉操作放法；
步骤五：进行补充超前钻孔(至少增加两个)，在单孔超前探测出现异常时，实行本步骤，能够提高探测精度；
步骤六：进行综合分析并提高综合预报成果，在进行综合分析探测成果之前，需要将地质雷达、红外探测设备和单孔超前探测获取的数据进行整理和收集，然后对勘察成果整理分析、熟悉设计文件、资料和图纸和补充地质调查，确定隧道施工地质超前预报重点段，减少预报的盲目性和预报经费使用的有效性，最后判断两者探测数据是否出现异常；
步骤七：进行决策部门讨论；
步骤八：进行地质雷达，此次地质雷达探测是采用上述步骤三中的雷达探测仪是相同仪器，进行再次雷达探测；
步骤九：进行确定施工方案并进行施工作业，根据检测出来的数据以及基础和土质，现场出土等条件，合理确定开挖顺序；
步骤十：开挖后揭示并进行信息反馈；
步骤十一：采用TSP法进行长距离预报。
所述进行宏观预报，按设计文件要求，根据实际情况，合理选用工程地质调查分析推断法、TSP法、超前地质钻探、地质雷达和红外探测等方法，预测和探查可能引发灾害的不良地质现象，如断层破碎带、软弱夹层等，及时反馈指导信息化设计与施工，对前方软弱围岩或其它不良地质体提前主动采取相应加固处理措施，有效控制地质灾害，确保隧道施工安全，同时也应对围岩类别变化的地段，提出或建议优化的预报方案。
所述采用TSP法进行中长距离预报，它能方便快捷预报掌握前方100－200m范围内的地质情况，包括隧道前方岩性的变化、破碎带和软弱层的位置宽度、是否含水、是否存在不良地质体等，通过探测为隧道工程以及变更施工工艺提供依据，这将大大减少隧道施工带来的危险性，减少人员和机械损伤，同时也带来了巨大的经济利益和社会效益，像所有振动测量方法一样，TSP测量方法也需要振动发射源和接受装置，TSP测量***是通过在掘进面后方一定距离内的钻孔内施以微型***来发射声波信号的，***引发的地震波在岩体中以球面的形式向四周传播，其中一部分向隧道前方传播，当波在隧道前方遇到异面时，将有一部分波从界面处反射回来，界面两侧岩石的强度差别越大，反射回来的信号也越强，放射信号经过一段时间后到达接受传感器，被转换成电信号并进行放大，从起爆到反射信号被传感器接收的这段时间是与反射面的距离成比例的，通过反射的时间与地震波传播速度的换算就可以将反射界面的位置、与隧道轴线的交角以及与隧道掘进面的距离确定下来，同样使用TSP也可以将隧道上方或下方存在的岩性变化带的位置方便地探测出来。
所述单孔超前探测，单孔超前探测是利用钻机对掌子面前方进行冲击或回转钻进的探测方法，按探测长度可分为长距离(大于60m)、中距离(30m-60m)、短距离(小于30m)超前钻探，可以直接判断掌子面前方及周边的岩溶、断层带的具***置，也可通过钻孔量测水压、进行放水试验，是不可缺少的施工地质超前探测方法，主要根据钻进时间和长度计算钻进速度，推断围岩软硬情况，根据返回液的颜色、浓度，渣颗粒大孝成分、颜色、岩性等判断围岩的岩性、强度情况，根据卡钻、跳钻、坍孔情况判断围岩破碎、溶洞情况，根据钻机油泵压力、孔口水压、流速、水量等推测水头压力、涌水量大小，根据钻孔取芯可直观了解围岩节理、裂隙等发育状况，根据钻孔注水、充气、漏水试验，可以了解连通性。
所述地质雷达、红外探测与单孔超前探测同步进行，地质雷达利用红外线探测地下介质分布，红外线发射器发射红外探测线，当红外探测线在岩层中遇到探测目标时，会产生反射红外线，反射红外线通过红外接收器接收，放大后由红外探测仪显示出来，根据红外探测仪有无反射信号，可以判断有无被测目标，根据反射讯号到达滞后时间及目标物体平均反射光速，可以大致计算出探测目标的距离。
所述综合分析并提高综合预报成果，如果探测数据无异常，程序直接进入综合分析并提高综合预报成果阶段，如果探测数据出现异常，进行程序补充超前钻孔数量，至少要增加两个钻孔的数量，重新进行探测数据的分析，采用对各种预报方法得到的预报结果进行综合分析，推断掌子面围岩的岩性、岩体结构、地质构造及地下水含水情况，判断掌子面前方围岩的工程地质情况，并根据综合预报结果提出合理的措施建议，提高了预报的精准度和效率，为施工安全提供保障。
所述决策部门讨论，根据收集整理和综合分析后的数据，由施工单位牵头，建设单位项目负责人或技术负责人、监理单位项目总监理工程师及相关人员、施工单位负责人和勘察单位项目负责人及相关人员参与，对项目整体的地质情况进行决策，听取各单位参与人员的意见，形成技术决策方案，进行记录在案。
所述地质雷达，在流程决策部门讨论无异议后才能进行步骤九确定施工方案并进行施工作业，如果在决策的时候出现异议，需要执行步骤八地质雷达进行再次探测，保证探测数据的准确性。
所述确定施工方案并进行施工作业，严格按照施工方案进行平均开挖，在挖至接近坑底标高时，应随时通过测量技术人员进行标高控制，拉线检查距坑边尺寸，结合图纸修整坑帮，最后清除坑底土方，修底铲平，施工开挖一般不宜在雨天进行，否则工作面不宜过大，应分段、逐片的分期完成，雨天开挖基坑或管沟时，应注意边坡稳定，必要时可适当放缓边坡或设置支撑，同时应在坑外侧围土堤或开挖水沟，防止地面水流入，施工时，应加强对边坡、支撑和土堤等的检查。
所述开挖后揭示并进行信息反馈，根据施工过程中的开挖情况，采用对各种预报方法得到的预报结果进行综合分析，推断掌子面围岩的岩性、岩体结构、地质构造及地下水含水情况，判断掌子面前方围岩的工程地质情况，并根据综合预报结果提出合理的措施建议，提高了预报的精准度和效率，为施工安全提供保障。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种高效综合超前地质预报方法，其特征在于，包括以下步骤：
S100在隧道施工前，根据既有资料对目标区域进行地表调查，以地表调查结果选择多种单一预报方法形成组合预报方案，进行施工前地质预报；
S200依据施工前地质预报隧道施工方案进行隧道施工，在隧道施工过程中，根据隧道开挖进行地质信息反馈，并采用TSP超前探测法对开挖的前方进行长距离预报，验证是否与施工前地质预报情况一致；
S300在隧道施工过程中若发生与施工前地质预报情况不一致，则暂停施工，根据新发现的地质情况重新选择多种单一预报方法形成新的组合预报方案，参照施工前地质预报方式重新进行地质预报，然后依据新地质预报调整隧道施工方案继续进行隧道施工。
2.根据权利要求1所述的高效综合超前地质预报方法，其特征在于，所述组合预报方案至少包括地质分析法和TSP超前探测法：
所述地质分析法包括根据测绘及其它方式得到的地质基础资料，对隧道项目的地层岩性、地质构造、围岩类别和岩溶发育规律及特征，以及富水规模进行宏观预测预报，探明不良地质的分布范围和/或里程；
所述TSP超前探测法包括査明隧道岩体完整性、软弱结构面、断层破碎带、裂隙发育带规模、大小、发育位置。
3.根据权利要求1所述的高效综合超前地质预报方法，其特征在于，所述施工前地质预报过程如下：
S110采用组合预报方案中包含的各单一预报方法分别对目标区域进行地质探测和预报；
S120对组合预报方案中的各单一预报方法的地质探测和预报进行汇总，进行综合分析得到综合预报结论。
4.根据权利要求1所述的高效综合超前地质预报方法，其特征在于，若目标区域的地表调查结果为富水带，所述组合预报方案还包括红外探测法和超前钻孔法；
所述红外探测法包括对隧道前方掌子面水文地质条件进行探测，采取重叠式预报，对重叠部分进行对比分析；
所述超前钻孔法包括对于岩溶中等强烈发育及复杂地段进行一孔探测或者多孔探测，复杂地段为勘察期间发现的断层破碎带、裙皱地段、沟谷地段、可溶岩与非可溶岩接触带、裂隙发育带、岩脉出露带及其他预报手段探测到的异常地段。
5.根据权利要求1所述的高效综合超前地质预报方法，其特征在于，若目标区域的地表调查结果为破碎带，所述组合预报方案还包括浅层地震反射波法和地质雷达法；
所述浅层地震反射波法包括以地震反射波的波形分析，用于推断隧道周边地层裂缝和塌陷情况，波形分析过程中通过求解以下方程得到地层中的裂缝深度位置：
(Vt)2＝L2+4SLsinθ+4S2
上式中，t表示地震反射波传播时间；V表示地震反射波在地层中的传播速度；L表示发射点与地震反射波接收点的距离；S表示裂缝深度；θ表法线倾角；
所述地质雷达法包括对可溶岩段、向斜核部、侵入接触带、软硬岩接触带、断层及其影响带或超前探测发现的异常地带，进行短距离精确探测，精确查明岩溶裂隙发育的位置、规模、形态、充填状况及富水状况以及断层破碎带、裂隙发育带位置、规模、接触带岩体完整性工程地质及水文地质条件。
6.根据权利要求1所述的高效综合超前地质预报方法，其特征在于，若目标区域的地表调查结果显示存在溶洞，所述组合预报方案还包括地质雷达法。
7.根据权利要求1所述的高效综合超前地质预报方法，其特征在于，若目标区域的地表调查结果显示存在断层，所述组合预报方案还包括地质雷达法和超前钻孔法。
8.根据权利要求1所述的高效综合超前地质预报方法，其特征在于，所述地表调查包括对隧道范围内地形、地貌、地层岩性、地质构造、水文地质条件和不良地质作用进行全面核查；根据隧道工程地质勘察图，调查隧道进出口及隧道中线两侧设定范围内的地质情况。
9.根据权利要求3所述的高效综合超前地质预报方法，其特征在于，所述综合分析包括对全隧道进行地质素描，记录现场揭露的地质信息，并综合组合预报方案中的各种探测方法获得的地质信息，预测预报隧道前方地质及水文地质条件，具体如下：
第一，对组合预报方案中的各种预报方法得到的预报结果进行综合分析，推断掌子面围岩的岩性、岩体结构、地质构造及地下水含水情况，判断掌子面前方围岩地质情况；
第二，将预报信息和掌子面分布情况通过几何作图进行分析，确定隧道的拱顶和边墙中含有的不稳定地质体的规模；
第三，将隧道己开挖区段围岩的地质和水文特征与预报结果进行对比和验证。
10.根据权利要求3所述的高效综合超前地质预报方法，其特征在于，所述综合分析之前先采用以下方法对数据进行降噪处理：
第一，将各单一预报数据建立矩阵，提取矩阵的特征值，进行梯度分析和边缘检测，以各单一预报的探测图像生成对应的梯度映射图，对梯度映射图进行腐蚀操作，消除因孤立噪声而产生的梯度点，进行膨胀操作将梯度点对应的边缘连接起来；
第二，进行距离相似性评估，先采用以下曼哈顿距离公式评估数据的距离：
上式中，D(δi，δj)表示数据δi和δj的距离评估值；n表示每个数据包含的属性数量；δik表示包括属性数量为k的数据δi；δjk表示包括属性数量为k的数据δj；
然后采用以下公式计算数据的距离相似性：
上式中，γ(δi，δj)表示数据δi和δj的距离相似性；D(δi，δj)表示数据δi和δj的距离评估值；
将相似度超过设定阈值的数据归入同族数据，去除最终未归入任何一族的数据；
第三，根据码率、梯度和动态特性，选择双边滤波器的强度，以双边滤波器进行滤波，双边滤波器的两个参数为灰度差信息和距离信息；将滤波后的数据用于综合分析。
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