隧道工程建設地質預報及信息化技術的主要進展及發展方向

何彥雷

（河北建設集團卓誠路橋工程有限公司，河北 保定 071100）

1 復雜不良地質超前預報分析方法及其應用

近些年我國的隧道工程建設不斷的擴大建設的規模，以及數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雜的地質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施工地阿萊嚴重的危害，非常容易發生卡機、塌方等事故。這些事故給人們的生命、財產安全造成了巨大的危害。因此，在速到工程建設過程中，跟對不同地質情況，采取相應的措施，進而降低由于地質條件對使用、運營產生的不良影響，利用地址超前技術進行施工的知道具有非常重要的意義和作用。

1.1.突水突泥災害源超前探測方法與設備

如果地質構造為含水性質，對其進行超前探測主要包含如下任務：

第一，首先明確含稅構造的位置、大小、形態等，最終構造三維成像。

第二，對該構造內部進行測算，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報

在隧道建設施工過程中，如果地質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 隧道工程假設信息化技術的發展方向

2.1 開展基于大數據技術的TBM/盾構施工過程中的分析與控制研究

在隧道建設過程中，如果出現工程事故，或者是出現TBM/盾構出現低運行的情況，一般情況下，不僅會由于一些惡劣的地質條件影響，還會因為TBM/盾構的不當選型有直接關系，并且也會與操控參數錯誤有關。因此，如果想在選型、參數選擇方面提升科學性，應該利用大數據相關技術。

2.2 大數據技術內涵

在隧道建設過程中，所包含的大數據方面的技術應用有數據挖掘方面的技術，還有關聯的分析技術、機器學習、、可視化處理等。

所謂數據挖掘技術，其本身是一個發現知識的過程，其主要功能為在大數據中進行搜索，搜索的對象應該為具有特殊關系的信息、知識的過程。

而機器學習主要是在隧道施工過程中，如何利用電腦來對人類學習知識的過程進行模擬和實現，并將已有的知識進行重構，進而提升處理問題的能力，并且可以形成創新。利用機器學習技術，主要是為了可以對數據進行自動的分析，進而獲得信息中形成的規律，并對未知數據進行預判、評估。

而關聯分析主要是對大數據中的所有有價值數據進行關系分析，例如，沃爾瑪超市曾經將銷售數據進行關聯分析，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聯，但卻收獲了更高的經濟效益。

3 數字隧道向智慧隧道的發展

在國外很多國家都早已經開始了智慧工程方面的研究工作，并已經有了很多成功的案例。例如，新加坡早在2006年就已經啟動“智慧國家2015”的針對交通堵塞問題的智慧城市系統，而在隧道建設工程方面斯德哥爾摩也是早就應用的智慧城市的系統，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，隧道工程建設已經從原有的數字隧道開始向智慧隧道的方向發展。

3.1 數字隧道、智慧隧道的概念

在隧道信息化發展的過程中，數字隧道是其初期的發展階段，主要是利用信息化的手段，進行隧道施工中的設計、勘察等數據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字隧道工程基礎平臺，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。在這個平臺中的信息包括地形、地理方面的基礎數據，也包括地質方面的數據，還包括隧道主體方面設計、監測等數據。

而智慧隧道就屬于隧道工程建設中，以及在隧道運營服務過程中，信息化工程方面的高級階段，智慧隧道可以體現為“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中的大系統、巨系統。所謂巨系統包括了人、自然、社會等形成的綜合體。而所謂大系統，則包括隧道的主體、環境、建設人員、運營人員等形成的綜合體。

而所謂智慧隧道，就是發揮隧道系統主體的作用，讓相關的建設者、運營者更加聰明。比如，在隧道主體中植入互聯網，將整個主體、周圍都裝置智能傳感器，對相關的目標利用GPS 進行定位，并利用無線射頻的方式連接成為物聯網，進而實現對隧道、設備等方面進行感知。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據結果，以及超前地質預報、方案、施工實施方案等，進行智能化相應和決策支持等方面的指令。

3.2 智慧隧道和數字隧道的差異化和聯系

數字隧道是物理隧道在網上的虛擬對照體，兩者之間屬于分離狀態；而智慧隧道是將數字隧道、物理隧道兩者進行無縫連接，并在數字隧道中融入物聯網，智慧隧道可以將數字隧道的功能進行提升，將其進行智能化的結果。在智慧隧道中，可以將感知到的數據，利用云計算的手段進行快速的處理，并且可以基于大數據的相關技術，利用其在感知、邏輯思維、自學習、自適應等方面的能力，為智慧隧道提供智能化的服務。

3.3 智慧隧道中“智”的體現

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、隧道的環境、隧道設備、隧道工作人員等及其狀態，進行全面、綜合的感知，同時對相應的運行狀態、情況進行感測。

3.3.2 全面互聯

在智慧隧道中廣布的智能傳感器，需要通過物聯網將所有傳感器進行連接，然后將所感應到的數據，通過互聯網的形式進行傳輸、存儲。

3.3.3 深度整合

通過物聯網、互聯網兩者的有機融合，以及兩者的鏈接，就會將隧道運行中的異構數據進行整合，形成一致性的數據，這也就是隧道工程建設和運營的全圖。

3.3.4 智能服務

在智慧隧道中，基于其中的網絡、數據，可以利用云計算技術，可以為隧道構建出全新服務的系統結構，并且可以利用大數據的相關技術，對隧道智能傳感器傳輸的數據進行挖掘、發現、處理等工作，進而為智慧隧道的運行、建設，提供具有不同層次、要求的相關智能化服務。

4 結束語

隨著地質預報的相關水平不斷提升，在隧道建設、運行過程中，應該將其全過程實現信息化，并同時實現可視化、智慧化，基于此加強隧道的安全性、高效性、智能性等，提高隧道的建設和管理工作水平，是今后隧道建設、信息化發展的重要方向。