隧道工程建设地质预报及信息化技术的主要进展及发展方向

何彦雷

（河北建设集团卓诚路桥工程有限公司，河北 保定 071100）

1 复杂不良地质超前预报分析方法及其应用

近些年我国的隧道工程建设不断的扩大建设的规模，以及数量和长度方面也有了很大的提升，但随之而来的就是更加复杂的地质方面的条件带来的施工难度。例如，其中的暗河、断层破碎带等，都会给隧道工程建设施工地阿莱严重的危害，非常容易发生卡机、塌方等事故。这些事故给人们的生命、财产安全造成了巨大的危害。因此，在速到工程建设过程中，跟对不同地质情况，采取相应的措施，进而降低由于地质条件对使用、运营产生的不良影响，利用地址超前技术进行施工的知道具有非常重要的意义和作用。

1.1.突水突泥灾害源超前探测方法与设备

如果地质构造为含水性质，对其进行超前探测主要包含如下任务：

第一，首先明确含税构造的位置、大小、形态等，最终构造三维成像。

第二，对该构造内部进行测算，测算出其含水量、水体特征，而对于水量的探测，正式进行曹倩探测工作的难点，因此，必须基于而电流激发极化半衰时差法进行测量。

1.2.隧道前方断层破碎带超前预报

在隧道建设施工过程中，如果地质条件存在断层破碎带，就必须对其进行探测，主要是利用TBM 的三维地震法进行探测。这种探测方法，主要是在靠近边墙的刀盘附近装置12 个激振点，然后在边墙的部位，要布置10 个传感器，从而就可以进行探测，并且只需要使用检修间隙进行探测即可，避免改造TBM 的需要，如此就可以对断层、溶洞、破碎带进行三位定位的探测，这种探测方式可探测的距离为120 米，并且对断层的探测准确率尤为突出，可达到90%，并且探测距离方面的误差仅为10%。

2 隧道工程假设信息化技术的发展方向

2.1 开展基于大数据技术的TBM/盾构施工过程中的分析与控制研究

在隧道建设过程中，如果出现工程事故，或者是出现TBM/盾构出现低运行的情况，一般情况下，不仅会由于一些恶劣的地质条件影响，还会因为TBM/盾构的不当选型有直接关系，并且也会与操控参数错误有关。因此，如果想在选型、参数选择方面提升科学性，应该利用大数据相关技术。

2.2 大数据技术内涵

在隧道建设过程中，所包含的大数据方面的技术应用有数据挖掘方面的技术，还有关联的分析技术、机器学习、、可视化处理等。

所谓数据挖掘技术，其本身是一个发现知识的过程，其主要功能为在大数据中进行搜索，搜索的对象应该为具有特殊关系的信息、知识的过程。

而机器学习主要是在隧道施工过程中，如何利用电脑来对人类学习知识的过程进行模拟和实现，并将已有的知识进行重构，进而提升处理问题的能力，并且可以形成创新。利用机器学习技术，主要是为了可以对数据进行自动的分析，进而获得信息中形成的规律，并对未知数据进行预判、评估。

而关联分析主要是对大数据中的所有有价值数据进行关系分析，例如，沃尔玛超市曾经将销售数据进行关联分析，将尿不湿与啤酒两个商品摆放在一起进行销售，虽然这两样商品没有任何关联，但却收获了更高的经济效益。

3 数字隧道向智慧隧道的发展

在国外很多国家都早已经开始了智慧工程方面的研究工作，并已经有了很多成功的案例。例如，新加坡早在2006年就已经启动“智慧国家2015”的针对交通堵塞问题的智慧城市系统，而在隧道建设工程方面斯德哥尔摩也是早就应用的智慧城市的系统，促使汽车使用量降低四分之一，尾气排放量降低了百分之八到百分之十四之间，因此，隧道工程建设已经从原有的数字隧道开始向智慧隧道的方向发展。

3.1 数字隧道、智慧隧道的概念

在隧道信息化发展的过程中，数字隧道是其初期的发展阶段，主要是利用信息化的手段，进行隧道施工中的设计、勘察等数据方面的管理和集中管理工作。例如，在施工过程中常常用到的数字隧道工程基础平台，这种平台集合存储、查询、三维可视化于一身，同时还可以虚拟浏览，是一种综合作用的系统。在这个平台中的信息包括地形、地理方面的基础数据，也包括地质方面的数据，还包括隧道主体方面设计、监测等数据。

而智慧隧道就属于隧道工程建设中，以及在隧道运营服务过程中，信息化工程方面的高级阶段，智慧隧道可以体现为“智慧”“智能”两方面。第一，所谓智慧，主要是针对整个信息化系统中的大系统、巨系统。所谓巨系统包括了人、自然、社会等形成的综合体。而所谓大系统，则包括隧道的主体、环境、建设人员、运营人员等形成的综合体。

而所谓智慧隧道，就是发挥隧道系统主体的作用，让相关的建设者、运营者更加聪明。比如，在隧道主体中植入互联网，将整个主体、周围都装置智能传感器，对相关的目标利用GPS 进行定位，并利用无线射频的方式连接成为物联网，进而实现对隧道、设备等方面进行感知。另外，还可以进行云计算，并进行智能处理信息和分析信息。最后，将分析处理以后的数据结果，以及超前地质预报、方案、施工实施方案等，进行智能化相应和决策支持等方面的指令。

3.2 智慧隧道和数字隧道的差异化和联系

数字隧道是物理隧道在网上的虚拟对照体，两者之间属于分离状态；而智慧隧道是将数字隧道、物理隧道两者进行无缝连接，并在数字隧道中融入物联网，智慧隧道可以将数字隧道的功能进行提升，将其进行智能化的结果。在智慧隧道中，可以将感知到的数据，利用云计算的手段进行快速的处理，并且可以基于大数据的相关技术，利用其在感知、逻辑思维、自学习、自适应等方面的能力，为智慧隧道提供智能化的服务。

3.3 智慧隧道中“智”的体现

3.3.1 透彻感知

在智慧隧道中拥有大量的智能传感器，可以说是无处不在，可以将隧道中的主体、隧道的环境、隧道设备、隧道工作人员等及其状态，进行全面、综合的感知，同时对相应的运行状态、情况进行感测。

3.3.2 全面互联

在智慧隧道中广布的智能传感器，需要通过物联网将所有传感器进行连接，然后将所感应到的数据，通过互联网的形式进行传输、存储。

3.3.3 深度整合

通过物联网、互联网两者的有机融合，以及两者的链接，就会将隧道运行中的异构数据进行整合，形成一致性的数据，这也就是隧道工程建设和运营的全图。

3.3.4 智能服务

在智慧隧道中，基于其中的网络、数据，可以利用云计算技术，可以为隧道构建出全新服务的系统结构，并且可以利用大数据的相关技术，对隧道智能传感器传输的数据进行挖掘、发现、处理等工作，进而为智慧隧道的运行、建设，提供具有不同层次、要求的相关智能化服务。

4 结束语

随着地质预报的相关水平不断提升，在隧道建设、运行过程中，应该将其全过程实现信息化，并同时实现可视化、智慧化，基于此加强隧道的安全性、高效性、智能性等，提高隧道的建设和管理工作水平，是今后隧道建设、信息化发展的重要方向。