施工地质灾害的预报方法研究

摘要：工程施工地质灾害预报在工程施工中是十分重要的环节。文章对工程施工地质灾害预报的重要性与原则进行了论述，着重对相关地质灾害预报的各种方法进行了分析对比，认为各种方法各有优缺点和局限性，应该取长补短，综合分析，根据实际情况确定应该采取的方法及其组合。

关键词：地质灾害；地质雷达；工程施工

中图分类号：P334文献标识码：A文章编号：1009-2374（2009）02-0171-02

地质灾害是指在自然因素或人为活动作用下引发的、使生态环境遭受破坏、人类生命财产安全受到危害的一种与地质作用有关的灾害。主要包括滑坡和泥石流。滑坡是斜坡上的岩体或土体，在重力作用下，沿一定的滑动面整体下滑的现象。泥石流是山区爆发的特殊洪流，它含有泥砂、石块以至巨大的砾石，破坏力极强前地质灾害预报的方法很多，根据时间和空间距离分为短期预报和中长期预报；根据实施方法可分为超前探孔和物探方法。超前水平钻孔法可以直接揭示施工地层岩性、构造、地下水、岩溶洞穴充填物及其性质等资料，是最直接有效的地质超前预报方法。物探方法是目前应用较为广泛的方法，如地质雷达、红外探水等，本文主要结合近年来的工程实践，论述预报方法在我国目前施工地质灾害预报中的技术现状与今后的发展方向。

一、施工地质灾害预报的重要性与原则

（一）施工地质灾害预报的重要性

施工中的地质灾害预报关系到工程的安全、质量和进度，因而倍受关注。特别是在地质条件复杂的隧道工程中，有必要进行地质预报工作。我国山区众多，地质条件复杂，隧道开挖中常遇到塌方、冒顶、涌水和突泥等地质灾害现象。施工地质灾害预报要解决的问题主要有三个方面：断裂、溶洞、破碎带等不良地质对象的性质、规模的判定；不良地质体的位置及产状的确定；岩体工程类别化的识别等内容。

（二）施工地质灾害预报的原则

在施工地质灾害预报工作中，我们要坚持“规范、全程、适宜、及时”的总原则。“规范”是指在编制标书时就设计好了工程施工期间的地质灾害预报工作内容及方法，在施工期间有专门从事地质灾害预报工作的技术人员和用于地质灾害预报的工作设备、仪器及制定了完善的管理制度和应对突发地质灾害的措施。“全程”是指工程地质灾害预报工作必须贯穿于工程施工的全过程。“适宜”是指在不同的围岩条件下采用不同的工程地质灾害预报方法。“及时”是指工程地质灾害预报工作必须体现出及时性，以便随时指导施工开挖。

二、施工地质灾害预报的方法

（一）地质雷达探测技术

地质雷达属于波反射法，是利用雷达发射天线向工程施工地质连续发射脉冲式高频电磁波，当遇到有电性差异的界面或目标体时即发生反射波和透射波。接收天线接收发射波并经电缆传递给主机，在主机显示屏上形成时实的时间剖面。根据记录到的反射波的到达时间和求得的电磁波在介质中的传播速度，确定界面或目标体的深度，同时根据反射波的形态、强弱及其变化等因素来判定目标体的性质。其分辨率高、无损伤、探测和数据处理速度快、机动灵活、操作方便、抗干扰能力强，可对隧道一定范围内进行全方位探测，但是其预报距离较短，只能预报掌子面前方40～50m处的工程地质、水文地质条件，而较准确预报的距离只有十几米。地质雷达探测要注意以下问题：（1）应达到的有效探测距离。地质雷达用于超前预报的有效探测距离在完整灰岩地段应达到25m左右。两次预报的重复长度5m左右，比如用于施工隧道底部复查时，有效探测深度不小于10m。（2）现场数据采集要求精确。工程施工预报的现场数据采集主要是在掌子面上进行，采集前应对掌子面进行平整处理，使雷达天线与掌子面能有较好的藕合，在掌子面附近应没有其它的金属物体。雷达测线在掌子面上呈“井”字形布置，测线长度根据天线长度决定，在有限的掌子面上尽可能的长。

（二）红外探水技术

红外探水技术基本原理是基于不同地质体具有不同的热性质，即水比岩石的热导率低。当工程外围包括掌子面前方不含隐伏异常构造时，其红外发射场为一正常场，当工程外围包括掘进前方存在隐伏的含水构造时，构造就要产生异常场，迭加到正常场以后，使正常场发生畸变，我们就可以从曲线的变化规律上分析出是否含有隐伏构造。红外探水的优点是测量快速，基本不占用施工时间，资料分析快，测量完毕，即可得出初步结论。红外探水法对预报掌子面前方有无潜伏的含水体是有效的，但对含水层的位置、出水量都无法知晓，对无水情况下的地质灾害则难以预报。另外，红外探水受工程内环境影响较大，如通风情况、掌子面附近的高亮度灯管发热、喷射混凝土的散热。在探测时应尽量避免这些因素干扰。

（三）非线性系统理论预报技术

根据地质灾害发生机理是一个复杂多变的非线性系统，可选用人工神经元网络方法表达和模拟。该方法是20世纪80年代发展起来的，它从模拟人脑的形象思维人手，由许多彼此高度连接、模仿大脑神经元设计成的处理单元组成，模仿人类大脑思维的复杂过程。运用这种方法，通过对试验和现场观测的数据进行自学习，确定岩土体的结构模型及其他各参数的非线性关系，这种学习过程是自适应的，可以随地质、环境和工程条件的变化而变化，新的实例和数据的积累可以改善模型的精度。用非线性理论在地质灾害方面的研究很多，如非线性动力学模型、加卸载响应比理论、协同预测模型等灾害预报方法。目前应用最广泛的为BP前馈型网络模型。BP网络一般由一层输入层，一层或多层隐含层和一层输出层组成。其中输入层的单元数由输入参数的个数决定。对于地质灾害预报预警工作，输入参数主要是地质、地貌气候、水文、人类活动等；输出层单元数由需要输出参数的个数决定，可包括地质灾害体稳定性、地质灾害发生强度等等；隐含层个数根据网络训练过程中需求精度而定。根据地质灾害基础地理信息数据库中的数据对模型进行训练，当输入-输出以及权值都能很好地表达地质灾害的实际特征时，可将该训练好的网络模型应用于各个相同性质地区，用于地质灾害的预测。

（四）地理信息系统技术

近年来地理信息系统（GIS）技术的发展给地质灾害治理提供了一个集预报、预防、分析、监测为一体的技术平台，地质灾害数据信息具有区域分布差异性大、数据量大、信息载体多样性的特点。而地理信息系统是一种采集、存储、管理、分析、显示与应用地理信息的计算机系统，是分析和处理海量地理数据的通用技术。同时GIS具有空间分析功能和强大的兼容能力，将各种方法与GIS技术相结合建立起来的灾害预报系统，能提高灾害预报精度。

总之，工程施工地质灾害预测预报工作是修正和完善前期地质勘察工作成果的一种手段。针对一项施工工程，应考虑其具体的地质情况，采用鱼白技术对隧道可能存在的地质灾害进行预测。只要掌握准确的地质资料，选用方法得当，预测预报工作就可以达到预知前方地质情况的目的，从而及时、有效地指导施工。

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作者简介：钱小碑（1978- ），男，湖南隆回人，杭州居安地质技术开发有限公司助理工程师，研究方向：地质灾害防治工程勘查、设计与岩土工程勘察。