基于数字化的岩土工程勘察技术分析

宾海东 中国有色金属长沙勘察设计研究院有限公司

1 前言

2 勘察技术在岩土工程施工中的运用意义

在岩土工程中，勘察工作涉及了许多领域，其中包括力学、结构学等多方面知识。特别是勘察技术应用效率，直接关系到工程建设的安全性和稳定性。由于受技术、设备等因素的制约，导致勘察精度不高，对岩土工程勘察工作的开展具有直接的影响。因此在岩土工程建设中要做好地质勘探工作，利用科学的勘察技术开展相应的工作，以获得准确、高效的资料和信息，对岩土工程的建设工作产生积极的影响。在传统的地质勘探工作中，钻井作业是以钻井为主导的一种技术种类，但随着我国工程技术的迅速发展，对岩土工程勘察的需求日益提高，常规钻井技术已不能适应工程建设的需要。必须引进多种先进的勘查技术，保证勘察工作的专业性，为工程设计、施工等方面的技术支撑。

在勘测阶段，会采用各种新型的小型仪器和设备，由于设备的体积小，可以提高工程的操作效率，减少勘察的工作量。在勘测的过程中，为了提高测量的准确性，必须清理现场的植被和杂物，以免影响勘察的质量。这样的勘测方法会对周围的生态环境造成一定的破坏，而采用新的勘测技术，不但可以提高测量精度，还能保证数据的准确性，不会对周围的生态造成任何影响，保证勘测工作的顺利进行[1]。

3 数字化岩土工程勘察特点与其系统构成

我国幅员辽阔，地质条件存在很大的差异，整体上表现出复杂多变的特征。由于地质环境的复杂性，施工单位在开展岩土工程时会遇到很多困难。因此，在岩土工程勘察工作具有举足轻重的地位，一旦在勘察中出现问题，将会影响到最终的测量结果，导致岩土工程的风险，影响到最终的工程质量。在进行岩土工程勘察时，施工单位要根据现场的具体情况，加大调查技术力度。在此基础上，应根据工程地质特征，采取科学、合理的勘察设计和施工技术，提高勘察工作水平及工程施工质量。

3.1 特征

依据数字化技术在岩土工程勘察中的应用方式、方向等可以发现（图1），主要有三类特点。

（1）具有动态性。利用数字技术的监控探头、感应探头和声波探头，可以对特定区域内的岩土展开动态监测，例如城市地下水等，跟踪重点工作，根据采集到的资料，对勘察目标进行动态分析，为智慧城市建设等提供动态数据。

（2）具有安全性。可以防止勘探人员深入危险复杂的地质环境，保证地质调查的安全。另一方面，数据的安全问题，基于4G技术向5G传输技术的转变，使得数据无线传输、存储等都具有很高的安全性，不会发生“失真”或者被恶意攻击的现象。

（3）具有集群性。数字化技术可以为岩土工程勘测提供更为可靠的数据库、更为立体的数据结构等，而且通过数字化技术可以让人们更直观、更清晰的了解所呈现的物体，在此基础上优化已有的设计，实现了高度的集群化。

3.2 构成

通过分析岩土工程勘察数字技术构成和原理可以发现，其由三个部分构成。

尽管存在名称使用差异、甚至混用概念的现象，但是应该看到，相当一些学者对美国学的起源、发展、理论与方法等方面的认识趋于一致。美国学作为一个独立学科，是随着美国综合国力的强盛，随着美国文化的独特性逐渐得到认可才在美国学界兴起并得以发展。跨学科、关注文化研究被认为是美国学的基本特征。

（1）感应系统。该系统采用一系列感测元件，例如电感器等，并通过智能系统控制感应器，实现智能化控制岩土勘探的实际内容。而且感应系统的安装和使用相对容易，总体造价可以控制在一个合理的范围之内，目前已广泛地应用于各个行业，也更加体现了智能城市的外部效果。

（2）传输系统。由于地质勘探工作的特殊性和特殊的勘探工作，一些岩土工程勘察必须建立起一套可靠的传送网，以便将探针等传感器采集到的资料及时传送给作业终端或储存装置，以便进行后续的数据分析。

（3）存储系统。该系统的主要功能是将勘探资料中的一些有价值的资料保存起来，供以后的资料利用，或者为以后的分析工作做好准备。

4 岩土工程勘察中存在的问题

4.1 前期工作问题

由于岩土工程勘察工作比较烦琐，易受各种地质条件的影响，使勘察工作的难度增大，对勘察工作的顺利进行产生不利的影响。项目前期工作中存在的问题主要表现在：一是勘察体系不清晰，难以对勘察过程进行有效的描述，造成工程项目流程化程度低，影响了工程进度，阻碍了勘察项目的实施；二是各部门的协调能力不强，勘察工作必须要多个不同的工作岗位，且要有一个有效的分工合作，这样才能保证勘测工作的顺利进行，达到更好的地质勘察效果，提高勘测结果的精确度。

4.2 泥浆护壁问题

第一，由于泥浆的比重不合理，造成了井壁上的泥浆容易脱落，不能起到防护作用，影响了井眼的稳定；第二，抽水率和井深不协调，会影响到井壁的形成，产生不完全的孔壁；第三，一些勘测单位使用水钻法进行钻探，如果遇到软土，就会造成钻头与淤泥产生粘连，造成孔内沾上大量的泥沙，影响到井筒的清洁性。

4.3 岩土参数问题

第一，地质参数会影响勘测分析的成果，妨碍岩土工程的力学性能，妨碍工程地质分析以及勘探工作；第二，会对勘察参数的计算产生一定的影响，从而降低测量精度，特别是在地质条件比较复杂的情况下，会对工程项目的顺利进行造成不利的影响；第三，由于设计人员缺乏专业知识，在岩土参数检测中存在误差，造成测量数据不精确等问题，影响了岩土工程的正常进行，给后续的工程建设埋下了隐患[1]。

4.4 设备管理问题

第一，由于设备的老化，使其性能降低，不能正常工作；第二，由于设备存在故障，加之维修工作不到位，经常在使用中发现问题，致使调查工作不能顺利进行；第三，由于设备运行不当，造成了设备在某种程度上的损坏，从而降低了仪器的功能，影响了岩土勘探的开展；第四，未能妥善保管好电器设备，特别是电器在使用过程中，因为受潮而造成短路，致使电线烧毁，需要重新安装，对设备造成很大的伤害[2]。

4.5 勘探孔布置问题

在岩土工程勘察中，探井的布设存在着一定的规律性，如果布设不当，将会对勘测工作产生不利的影响。探井布设存在以下问题：第一，探井数目过多，会造成单位面积的孔隙密度增大，增大工程工作量，影响勘察成果；第二，严格控制探测孔的距离，超出探测范围，会影响到探测区域，影响地质构造，降低测量精度；第三，由于钻孔深度不够，孔深达不到地质探测的要求，致使勘查对象未能到达指定的位置。为确保勘探成果的准确，必须做好物探钻孔的布置，确保物探孔的规律性。

5 数字技术在岩土工程勘察中的应用措施

5.1 在数据建模板块

当前数字化建模在岩土工程中主要有两类用法，即数字表面技术和不规则网络法。

（1）数字表面模型。数字表面模型法有很长的发展应用历史，它可以根据需要，细致地显示勘察目标的外观，而且所得到的数据精度很高，所以它的使用范围很广泛。其基本原则是以一个探测点为基础，再将其向外扩展，获得具有属性和几何特性的离散数据，最后利用数据分析的方法，将勘探队形的位置信息以数据形式显示在相应的系统中。这种探勘方法是将勘探目标中具有相同属性的点按照一定的顺序排列在一起，构成了一个网络面，用于显示勘探目标的属性、空间属性（见图2）。

（2）不规则网络法。利用不规则网络法进行地质调查，以数字高程模型为基础，既可以避免数据冗余，又具有良好的计算效率，可以在复杂地质条件下进行地质调查，特别是在一些特定条件下，可以保证测量结果的准确性[4]，比如水域线，断裂线，还有其他的一些特殊情况。该方法的基本思想是通过建立断裂线CDT的方法构建Delaunay三角，在该三角网络中，所有的三角形都不会相互相邻，而其他的点则不会出现在三角形的外围。其具体方法是：把关联点压缩到某一区域，再以三角形的形式生成；第二种是逐步插入的方法，将三角形依次插入到其余的空间中。

（3）其他数据发展。目前，在智能城市的岩土勘探系统中，一般采用的方法有三维数字方法和地貌模型方法。前者主要是通过对岩土工程勘察内容的三维空间组成元素，建立立体的立体模型，以属性、特征为依据，对城市地下层、地下水等进行立体的描述；后者则侧重于特定区域，在利用DEM技术的基础上，利用遥感技术进行三维立体显示。该方法在实际应用时，可以通过PS软件对转换后的正射图像进行相应的处理，以获得具有纹理的三维城市模型。

5.2 岩土工程勘察中数字技术数据库搭建

利用数字化技术获取的地质勘探资料，既有地理空间的，也有非空间的，再细分为基本资料和勘探资料。①地貌或地形图。主要反映数字化技术岩土工程勘察基础上所得到的该区域自然地貌状态。②自然规划图。自然规划信息，包括公共设施、居民区、道路、河流等。前者指的是测量目标的有关数据，另一种是指物理力学、自然环境、地理数据等有关的数据；另一方面，则是对特定的地层资料，如沉积年代、资料周期、液化参数等。

从以上分析可以看出，在进行岩土工程数字系统建设中，有几个方面值得注意。首先，要清晰界定数据库的相关概念，建立一个可信的数据库模型。在岩土工程勘测数字化过程中，需要大量的数据资源，还要面对各种复杂的数据环境。因此，为保证数据库的准确性、可靠性和实用性，使概念数据模型更真实地反映实际情况，应将与分离实体及关联相关的行为与功能，即资料来源必须是实地考察，并与研究目标有某种关联。其次，建立一个资料库。通过对数据的分析，发现数据化技术在岩土工程中的应用主要有三种：①原始资料处理；②中间系统处理；③最后的数据处理。在测量资料的基础上，测量点的属性资料和测量点的几何资料构成了勘测资料；中间资料是由原始资料系统自动产生的，包括地层面等高线模型、表面模型、剖面模型等，利用该模型可以产生不同类型的用户所需的图形，并能进行多种查询操作。最后数据类型很多，以用户的需求为基础，通过图片和文件等中间数据产生。

6 数字化技术在岩土工程勘察时运用的案例

某项目的主要的结构形式是：钢结构建筑面积为453000m2，跨度为17.3m，而地下室的标准高度为−5.3m。按照项目的勘察设计和施工的要求，一共有310个钻孔，每一个钻孔都要有24m的间距，每一个孔要有15m深。此次勘测所采用的设备、仪器、全站仪等设备，在勘测时必须准确定位钻孔位置，然后检查高程参数。根据勘测工作的要求，在进行勘测时，对其承载性能、变形、含水量、致密程度等开展试验。在安装实施阶段，必须综合考虑各种环境因素和影响，并严格按照施工程序和规程进行操作。当特定的品质达到要求时，应当将资料储存到系统中，使之构成整体的分布图。

在岩土工程的前期勘察工程结束后，再进行基础的填筑。通过这次调查，发现了夹层中的粉质黏土，其物理特性为：压缩系数为0.33，水分含量大于32.11%，饱和度达到95%。另外，根据调查的结果，可以看出在调查中，岩石的主要成分是石英和少量的卵石，具有连续性的分布特征，要求深度为12.2m~15.1m，底部为14.3m~16.7m，密度为中等。基于上述资料，相关设计人员可以将资料整合起来，形成专门的规划图，以此判断出岩土的结构和性质，提高工程的施工质量。

7 结束语

因此，在现有的岩土施工项目调查背景下，运用先进的信息化技术，不仅可以保证地质调查工作的质量，提高勘察资料的可靠性，而且可以降低成本和操作难度。特别是在现代智能城市的建设中，数字岩土工程技术可以为城市的发展提供更加真实、立体的数据支持。各有关部门要进一步完善自身的技术系统，创新技术运用方法，促进岩土工程勘探事业的向前发展。