隧道地質(zhì)綜合超前預(yù)報輔助決策系統(tǒng)若干關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、隧道超前地質(zhì)預(yù)報作為隧道信息化施工重要組成部分，近年來在保障隧道安全施工方面的作用逐步得到認可。但隧道超前地質(zhì)預(yù)報是一個復(fù)雜開放的巨系統(tǒng)，其涉及大量隧道地質(zhì)知識、物探方法解譯技術(shù)以及現(xiàn)場實際操作方法，要想實現(xiàn)目前業(yè)界普遍期望的效果，仍面臨著許多挑戰(zhàn)。本文采用理論分析、模型試驗、現(xiàn)場試驗、數(shù)值計算以及計算機編程等手段研究了隧道瞬變電磁法常見金屬干擾規(guī)律及消除方法、探地雷達屬性特征提取及典型巖溶不良地質(zhì)目標(biāo)識別技術(shù)、隧道宏觀地質(zhì)預(yù)報專家系統(tǒng)

2、開發(fā)、基于證據(jù)理論的隧道地質(zhì)預(yù)報多源信息融合方法四個方面關(guān)鍵技術(shù)，并最終在此基礎(chǔ)上開發(fā)了隧道地質(zhì)綜合超前預(yù)報輔助決策系統(tǒng)軟件。研究成果有助于完善隧道地質(zhì)綜合超前預(yù)報理論體系，為實現(xiàn)預(yù)報過程“信息化和智能化”提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。本文的主要研究成果有:
　　(1)采用室內(nèi)物理模擬試驗與現(xiàn)場探測試驗相結(jié)合的方法，研究了隧道空間內(nèi)開挖臺車與鋼拱架等金屬體對瞬變電磁法探測結(jié)果干擾規(guī)律。引入電阻極限參數(shù)，提出了基于電阻極限的金屬干擾消除及

3、低阻地質(zhì)異?？焖俳品囱莘椒?。物理模型與現(xiàn)場應(yīng)用實例反演結(jié)果表明，該方法能有效的剔除金屬干擾，提高瞬變電磁法解譯精度。
　　(2)將屬性分析技術(shù)引入到探地雷達隧道地質(zhì)預(yù)報信號解譯中，以物理模型試驗及大量現(xiàn)場實際探測數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)研究探地雷達時域、頻域及時頻域三類屬性體與典型巖溶不良地質(zhì)體之間的對應(yīng)關(guān)系，并提出基于廣義S變換及子波譜模擬的雷達波吸收衰減參數(shù)計算方法。建立了基于高斯機器學(xué)習(xí)方法的典型巖溶不良地質(zhì)目標(biāo)識別模型，該模型除了能對

4、巖溶不良地質(zhì)類別進行識別外，還能獲得分類結(jié)果的具體概率，實現(xiàn)了探地雷達預(yù)報結(jié)果不確定性的定量化描述。
　　(3)從隧道典型不良地質(zhì)形成條件出發(fā)，運用工程地質(zhì)力學(xué)理論、系統(tǒng)工程、統(tǒng)計分析及專家咨詢等方法綜合分析隧道宏觀地質(zhì)預(yù)報過程中涉及的各種地質(zhì)因素，建立了斷層破碎帶、富水情況及巖溶發(fā)育情況三種基本地質(zhì)條件宏觀預(yù)測指標(biāo)體系。設(shè)計專家系統(tǒng)知識庫和推理機，開發(fā)了基于專家系統(tǒng)工具CLIPS的宏觀地質(zhì)預(yù)報專家系統(tǒng)，將所開發(fā)的專家系統(tǒng)成功應(yīng)用

5、于實際工程，驗證了系統(tǒng)可靠性。
　　(4)根據(jù)目前隧道地質(zhì)綜合預(yù)報方法特點，引入D-S證據(jù)理論，建立了基于證據(jù)理論的隧道地質(zhì)預(yù)報多源信息融合模型。該模型按“宏觀預(yù)報→洞內(nèi)地質(zhì)分析→綜合物探（長距離、短距離）”逐層逼近，將每一步獲得的證據(jù)逐層疊加，使得不良地質(zhì)信息越來越清晰，證據(jù)越來越充分，最后縮小到具體位置上，從而實現(xiàn)隧道洞身不良地質(zhì)預(yù)測。以嶺腳隧道左線綜合地質(zhì)預(yù)報實例說明該模型應(yīng)用效果。
　　(5)在前面研究基礎(chǔ)上開發(fā)了隧