巖土工程監(jiān)測(cè)在地質(zhì)災(zāi)害評(píng)價(jià)預(yù)測(cè)中的應(yīng)用

馮韜韜

(貴州省地礦局第二工程勘察院，貴州 遵義 563000)

0 引 言

經(jīng)過幾十年技術(shù)的積累，巖土工程監(jiān)測(cè)技術(shù)快速發(fā)展，一些新的理論和方法出現(xiàn)，并在具體的監(jiān)測(cè)儀器和實(shí)際的監(jiān)測(cè)工作中得到應(yīng)用。在不斷的實(shí)踐中逐漸形成了巖土工程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建立的原則，以及基礎(chǔ)地質(zhì)信息采集與分析的方式方法和現(xiàn)場(chǎng)量測(cè)信息的分析。巖土工程監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用于具體的地質(zhì)災(zāi)害評(píng)價(jià)預(yù)測(cè)中。

1 巖土工程監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用

從20世紀(jì)50年代起，現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展迅速，尤其是電子信息技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)更是發(fā)展迅速，這兩者的建設(shè)和開發(fā)大大促進(jìn)了巖土工程監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展進(jìn)程和速度。隨著工程項(xiàng)目理論和途徑的新型建設(shè)，巖土工程的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和規(guī)范也逐漸從強(qiáng)度破壞極限狀態(tài)控制向變形極限狀態(tài)控制發(fā)展。

巖土工程信息化作業(yè)的運(yùn)行是我國(guó)巖土工程技術(shù)取得新進(jìn)步的一個(gè)重要表現(xiàn)。信息化作業(yè)是結(jié)合實(shí)際操作，設(shè)備監(jiān)測(cè)和工程規(guī)劃為一體的施工模式。巖土工程監(jiān)測(cè)技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展主要體現(xiàn)在2方面：①是監(jiān)測(cè)方法和監(jiān)測(cè)工具的進(jìn)步，工具的革新得益于現(xiàn)代化物理設(shè)備的開發(fā)；②是持續(xù)充實(shí)和完善的監(jiān)測(cè)內(nèi)容。分析方法不斷提高，監(jiān)測(cè)方式和監(jiān)測(cè)工具的進(jìn)步為監(jiān)測(cè)儀器的發(fā)展提供了技術(shù)手段的支持，儀器的不斷發(fā)展又促進(jìn)了監(jiān)測(cè)理論和方法的進(jìn)步，兩者的結(jié)合促進(jìn)和保證了工程實(shí)際操作的水準(zhǔn)，降低了風(fēng)險(xiǎn)和事故發(fā)生的幾率，營(yíng)造了安全的作業(yè)環(huán)境。

雖然巖土工程監(jiān)測(cè)技術(shù)不斷發(fā)展，但是我們也應(yīng)看到，目前巖土工程監(jiān)測(cè)技術(shù)仍然存在不足，主要表現(xiàn)在以下方面：①是監(jiān)測(cè)儀表本身在穩(wěn)定性，線性，準(zhǔn)確性以及操作性等方面仍存在不足；②是在進(jìn)行監(jiān)測(cè)信息采集時(shí)不夠重視基礎(chǔ)地質(zhì)信息；③是在一些工程項(xiàng)目中，雖然監(jiān)測(cè)已經(jīng)得到了一定程度的應(yīng)用和重視，但相關(guān)技術(shù)的引進(jìn)卻始終較為落后，在實(shí)際的施工過程中會(huì)存在許多問題，影響施工進(jìn)程。

2 巖土工程信息的采集與分析

2.1 分析基本原則和規(guī)范

從地質(zhì)工程集成理論角度來講，首先，要判斷變形區(qū)、應(yīng)力集中區(qū)和可能破壞區(qū)，這主要是根據(jù)地質(zhì)條件分析、理論分析和專家群體經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行判斷，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。而在具體的實(shí)際施工中，如果出現(xiàn)大裂縫和塔防部位也要重點(diǎn)關(guān)注。除此之外，在工程施工中，一些具有十分明顯代表意義的地區(qū)，盡管并不在變形范圍內(nèi)、也應(yīng)當(dāng)對(duì)其應(yīng)力集中地段加以高度關(guān)注。

在現(xiàn)場(chǎng)勘察作業(yè)的過程中，要根據(jù)地形地勢(shì)等綜合因素來確定監(jiān)測(cè)點(diǎn)的位置和區(qū)域，同時(shí)也要配備相應(yīng)的監(jiān)測(cè)儀器，重點(diǎn)捕捉應(yīng)力場(chǎng)的信息，以此來分析可能會(huì)出現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害的區(qū)域。對(duì)于部分地質(zhì)災(zāi)害較為多發(fā)的地區(qū)而言，應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)關(guān)注其災(zāi)害發(fā)生規(guī)模大且數(shù)量多的地區(qū)，要根據(jù)地質(zhì)的情況，按照宏觀理論上的指導(dǎo)，進(jìn)而確定位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)，地區(qū)變化波動(dòng)越大，監(jiān)測(cè)點(diǎn)的分布密度也應(yīng)當(dāng)越高。土層中的水位移、水壓力和孔隙水壓力測(cè)點(diǎn)應(yīng)根據(jù)預(yù)測(cè)和實(shí)際工程需要來布置監(jiān)測(cè)點(diǎn)。應(yīng)力場(chǎng)、位移場(chǎng)變化劇烈的地方，測(cè)點(diǎn)間距應(yīng)該小點(diǎn)，應(yīng)力場(chǎng)、位移場(chǎng)變化較小的地方，監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布置應(yīng)該稀疏些。監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布置是收集地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害信息的第一步，它能夠通過對(duì)不同位置不同地點(diǎn)的感應(yīng)來判斷區(qū)域可能發(fā)生災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)高低，并以此為基礎(chǔ)向觀測(cè)主體提出警告。

2.2 基礎(chǔ)信息整合與探究

圍巖分類對(duì)地下工程而言具有重要意義，它的種類和分布狀況在很大程度上決定了區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害的類型和規(guī)模，同時(shí)也影響著巖土工程的穩(wěn)定性。在實(shí)際應(yīng)用中主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：①是通過工程類比分析法來設(shè)定地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)區(qū)的噴錨支護(hù)方案；②是選取監(jiān)控量測(cè)斷面，要根據(jù)周圍巖石的狀況來劃分地段；③是設(shè)計(jì)參數(shù)試驗(yàn)，試驗(yàn)區(qū)域的設(shè)定要以步驟2為基礎(chǔ)；④是將施工中所需要設(shè)計(jì)的相關(guān)事宜加以確認(rèn)，并且各項(xiàng)細(xì)則也要以圍巖分類為基本依據(jù)。要綜合分析所獲的基礎(chǔ)地質(zhì)信息，并將這些信息充分的運(yùn)用到巖土工程的監(jiān)測(cè)中。

2.3 現(xiàn)場(chǎng)信息整合與探究

位移、應(yīng)力和壓力等都是現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的重中之重。這些信息獲取的途徑和客觀性都在很大程度上影響甚至決定著巖土監(jiān)測(cè)的質(zhì)量。現(xiàn)階段，自動(dòng)遙測(cè)傳輸是收集巖土工程現(xiàn)場(chǎng)信息的主要途徑；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理技術(shù)是信息處理的主要方法，但是這還需要實(shí)踐的不斷檢驗(yàn)。并且，在地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生后，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)也要利用遙感或者是GPS技術(shù)來探測(cè)災(zāi)害波及的范圍，并以彩色圖像來表示，體現(xiàn)出災(zāi)害的嚴(yán)重程度。

3 應(yīng)用實(shí)例分析

3.1 隧道圍巖的大變形和巖爆問題

當(dāng)下，川藏公路二郎隧道作為我國(guó)較為大型的交通隧道，長(zhǎng)度超過4 km，最大埋深超過700 m，并且由于其穿越的地質(zhì)條件較為復(fù)雜，涉及到多種巖層類型，因此相應(yīng)的地應(yīng)力也很高，這也就意味著相關(guān)主體在實(shí)際施工的過程中也會(huì)有遇到巖爆的可能性，同時(shí)也會(huì)遇到大變形問題，并且不同級(jí)別的大變形也會(huì)出現(xiàn)不同的位移情況。相關(guān)主體應(yīng)用巖土工程監(jiān)測(cè)技術(shù)來分析巖層的具體情況，通過TMS系統(tǒng)對(duì)隧道周邊收斂，多點(diǎn)位移等數(shù)據(jù)的觀測(cè)，總結(jié)出川藏公路二郎隧道的周邊收斂的位移為12 mm，拱頂下沉近趨穩(wěn)定最大位移為13.05 mm，回歸位移最大為49.02 mm，這些觀測(cè)數(shù)據(jù)都在大變形等級(jí)的規(guī)定范圍內(nèi)，并不符合大變形構(gòu)成的基本要件，由此可以認(rèn)定，川藏公路二郎隧道并未受到大變形問題的困擾。就巖爆問題而言，相關(guān)主體利用監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算出了二次應(yīng)力和巖石單軸抗壓強(qiáng)度之比，并且計(jì)算出了比例數(shù)據(jù)同巖爆之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，當(dāng)比例小于0.3時(shí)，沒有巖爆現(xiàn)象的發(fā)生。當(dāng)比例在0.3～0.5之間時(shí)，巖爆現(xiàn)象較為輕微。當(dāng)比例在0.5～0.7時(shí)，巖爆現(xiàn)象屬于中等水平。當(dāng)比例在0.7以上時(shí)，巖爆現(xiàn)象較為嚴(yán)重。就川藏公路二郎隧道而言，其二次應(yīng)力和巖石單軸抗壓強(qiáng)度之比只有在極小的范圍內(nèi)才會(huì)超過0.7，因此可以判定隧道所處地區(qū)也幾乎沒有較為嚴(yán)重的巖爆現(xiàn)象發(fā)生。

3.2 隧道西口的滑坡問題

相關(guān)主體在對(duì)隧道西口的滑坡現(xiàn)象進(jìn)行初期監(jiān)測(cè)時(shí)，發(fā)現(xiàn)其滑坡現(xiàn)象主要集中在巖土較為淺表層的地帶，并未波及到深層巖土。但隨著近些年來監(jiān)測(cè)技術(shù)的不斷發(fā)展，相關(guān)主體發(fā)展隧道西口的位移現(xiàn)象已然明顯擴(kuò)大，并且位于巖土深處19 m的底測(cè)斜管也已經(jīng)折斷。同時(shí)，相關(guān)主體也監(jiān)測(cè)到了其他巖土深度位移增速的現(xiàn)象，因此總結(jié)出了隧道西口的部分巖層已然形成了規(guī)模性的位移面。有關(guān)主體就此也進(jìn)行了及時(shí)反映。

4 結(jié) 語

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，巖土工程監(jiān)測(cè)理論和方法不斷進(jìn)步和改進(jìn)，一些精密的監(jiān)測(cè)儀器將會(huì)不斷產(chǎn)生，自動(dòng)化監(jiān)督，操作和處理系統(tǒng)的開發(fā)和實(shí)踐將會(huì)取得更為明顯的進(jìn)步和收獲。總之，巖土工程監(jiān)測(cè)技術(shù)的未來發(fā)展方向十分廣闊，并且也有著較為穩(wěn)定的開發(fā)市場(chǎng)，自動(dòng)化和智能化的建設(shè)是這一領(lǐng)域開發(fā)的主要方向和趨勢(shì)。對(duì)于這一技術(shù)的開發(fā)，相關(guān)主體應(yīng)當(dāng)堅(jiān)持與時(shí)俱進(jìn)。