高速公路隧道的三维地质建模技术研究

本文介绍了高速公路隧道工程三维地质建模技术研究的有关技术问题,介绍了空间数据模型、建模要素和建模流程,分析并比较了各类方法和流程的优、缺点。基于离散光滑插值等技术,提出利用地质钻孔点、地质剖面线上的特征点和由特征点插值出剖面线上的点三者共同参与插值的方法,提出基于任意形状空间多边形生成地下隧道的方法,并解决任意地下隧道与地质体相互裁减的问题。最后以岭脚隧道工程为实例,建立包括地层信息、三维隧道、断层信息等地下结构的全景三维地质模型,将研究的三维地质建模技术进行实际工程应用,验证了方法的理论意义和应用价值。     

无人机三维实景建模技术在路堑边坡地质信息提取中的应用

简述了无人机摄影技术和三维实景建模技术的基本原理和工作流程,选取南宁市大明山保护区三宝至天坪区公路的2段路堑边坡,采用无人机三维实景建模技术,通过航拍和影像数据处理,构建三维实景模型,提取岩体结构面参数、危岩体尺寸等几何信息,工程实例研究和验证表明,无人机三维实景地质建模可视化效果良好,较好地保留和反映了相关地质信息和空间位置信息,对边坡几何信息的识别度和准确性较高,实现了地质信息的数字化、可存储性、可溯性和可度量性,可为公路边坡稳定性分析评价和地质灾害防治提供依据。     

岩土介质中不良地质体轮廓探测技术研究

为解决埋深较大或地面条件复杂的地下工程开挖前方不良地质体轮廓探测不易从地面展开的难题,利用地震波"角度+位置"偏移的联合体系探测隧道施工前方不良地质体的形状,通过对地面地震波位置偏移法探测三维形状体的研究分析,论述地震波角度偏移在探测地下三维形状体的理论与重要作用,并借用人眼仿生学的原理进一步阐述角度偏移在地下工程前方探测的合理性与可行性。得出以下结论:角度偏移技术不需占用较大空间,非常适合地下工程开挖掌子面有限空间的前方不良地质体轮廓探测,利用"角度+位置"偏移的联合体系探测软弱岩体取得了很好的实际效果。     

三维地质建模技术在公路地质调绘中的应用

以公路野外地质调绘资料为依据，分析了地质调绘地质数据特征，将地质调绘数据划分成空间属性、实体属性和表观属性三种类型；对前两种数据进行格式化进而建立虚拟钻孔和断层面，进行三维地质模型构建。以西宁高速工程可行性研究阶段地质调绘为例，深部地层以地质群组为单元划分地层界面，线位附近浅表地层以地调点和地质界线为依据，构建三维地质模型并对模型精度、建模效率和应用效果进行分析。由于地质调绘数据稀疏，在具体工点和局部细节上地质模型的几何精度存在一定误差；所建三维地质模型将地形地貌与地层岩性融合展示，精度能够满足公路地质选线的要求。     

地质雷达在玄武岩地区溶洞勘察中的应用

玄武岩溶洞是一种特殊的地质现象,其分布范围、空间大小及形状具有一定的随机性,且隐伏于地下,是工程地质中一种常见的不良地质结构,对高速公路工程建设及运营安全构成了潜在威胁。论文以琼北地区某高速公路溶洞探测为例,详细分析了玄武岩溶洞的类型与形成机理,并针对地球物理勘察中地质雷达探测溶洞所获取的典型异常特征及判别标准进行了深入探讨,以期指导玄武岩地区溶洞勘察工作。     

岩溶隧道瞬变电磁三维超前探测技术研究

针对岩溶发育地区隧道开挖时现有地质预报技术对岩溶突水较难做出准确预测的问题,设计出大断面三维多匝小回线瞬变电磁探测技术。依据岩溶发育特点,采用数值模拟方法对隧道掌子面前方25 m和50 m处不同体积富水溶洞进行模拟,研究掌子面前方不同距离和规模的低阻异常体瞬变电磁响应特征。基于数值模拟结果,在张吉怀铁路古丈隧道岩溶发育段进行探测验证,结果表明： 1）溶洞模型在二维视电阻率等值线断面图上25 m和50 m处形成闭合、视电阻值小于60 Ω·m的低阻区,低阻区与设计的模拟体的位置和范围一致; 2）大断面三维多匝小回线瞬变电磁探测三维显示结果与现场实际揭露情况基本吻合,采用该技术能够准确预报掌子面前方17~30 m、隧道两侧20 m到隧道中轴线的充泥含水溶洞。     

基于Matlab平台的高密度电法三维可视化

高密度电阻率法因其经济效益高、野外作简便、获取的地下地质体信息丰富等特点被广泛应用于工程物探、工程检测、地矿等行业。传统高密度电法的二维电阻率地断面图不能真实反映地质体的三维空间展布。而一般的三维可视化软件不是针对高密度电法特征而制作的,所以用这些软件制作出的电阻率三维模型也存在不确定性。鉴于此,本文针对高密度电法特征,应用Matlab数学软件对高密度电法数据进行处理,然后应用该软件的可视化功能实现了高密度电法的三维可视化。     

岩溶隧道超前地质预报几种主要物探方法的选择与实践

超前地质预报的物探方法有多种,由于岩溶发育空间分布的复杂性和岩溶含水介质充填物的多样性,单一的超前地质预报方法都具有局限性,如何针对岩溶的地球物理特征,选择适用的地质预报物探方法,以提高预报成果的准确度非常必要。通过对TSP法、地质雷达法、瞬变电磁法等超前地质预报主要物探方法工作原理、有效探测距离和地球物理特征等进行分析,论述岩溶隧道超前地质预报方法的理论依据和方法选择。以九景衢铁路何家隧道为例,详细论述施工过程中采用的几种主要超前地质预报方法以及组合方法,通过对比分析,验证和总结几种主要物探方法预报成果的适用性和准确度。实践成果表明： 1）单一的超前地质预报方法都具有局限性,难以应对岩溶隧道的复杂地质条件和施工高风险,需采取“三结合”措施,选取不同的超前预报方法作为组合方法,相互验证。2）TSP法未能对是岩溶还是断层破碎带进行区分,必须结合其他方法,进行对比验证才能区分; TSP法+地质雷达法长短结合探测方法,是一般简单岩溶隧道通用的组合。3）瞬变电磁法在岩溶隧道探测中效果明显,判译解释准确度高,适合大型岩溶强发育地段; 超前水平钻+瞬变电磁法+地质雷达法+水文监测地质预报组合,是复杂岩溶隧道超前地质预报可采用的有效组合。叠加超前水平钻与瞬变电磁剖面图进行分析,能详细分析出岩溶的空间分布和形态特征。     

综合地质探查在洞头山隧道涌水地层中的应用

在建的武靖高速公路洞头山隧道进口右洞掌子面施工至YK37+915处时突发涌水,为探明前方地质情况,提出了采用地质调查、TSP、GPR、红外探测和超前钻探等综合地质探查手段并相互验证,取得了较为精确的成果,其技术核心内容为:(1)采用TSP法探测前方不良地质体的空间分布;(2)采用GPR法精确探测不良地质体的准确位置及范围;(3)利用红外探测仪探测周边含水构造;(4)通过超前钻探验证物探结果,对不良地质体的性质、充填物、涌水量、水压及规模等进行定量准确探测。该研究可为后续施工的技术方案提供可靠的地质资料,并为类似工程提供参考。     

瞬变电磁法在公路隧道地下水预报中的应用

针对某高速公路隧道掌子面临近富水断层F4-3的地质背景，为探明掌子面前方地下水发育情况，利用瞬变电磁法开展超前地质预报工作。通过多测线、多方位的探测方式，综合分析各方位测线的探测结果，预报掌子面前方地下水的发育段落及空间分布情况。预报结果表明： 1）YK90+755~ +811段地下水发育； 2）YK90+755~+811段富水部位主要位于开挖方向的左右两侧。最后通过超前钻孔验证，瞬变电磁探测富水区域和超前水平钻孔探测出水位置基本一致，较准确地预测了地下水的发育段落。实际开挖后富水情况与瞬变电磁预报富水段落及地下水空间分布基本吻合，取得了较好的预报效果。     

瞬变电磁法三维可视化技术在隧道超前探测水害中的应用研究

随着我国隧道技术的进步,长大隧道的施工非常普遍,复杂的地质情况及水害的频发已成为长大隧道施工中影响安全的难题。现有瞬变电磁超前探测技术主要反映隧道掘进正前方的地质情况,无法对掌子面前方周围的信息进行反馈,故已很难满足施工现场的安全要求。以汕昆高速公路某隧道掌子面超前探测为例,对三维可视化技术进行介绍。该技术通过定点转角度布置测点的方式获取多个二维数据,并将二维数据反演后的深度数据组合成三维数据体,且通过三维可视化软件成图来实现含水体位置及形态的立体呈现。     

电法与TSP法探测在岩溶隧道涌突泥处治中的应用

隧道涌突泥处治需要查明灾害体的规模特征,采用地表与洞内相结合的综合预报手段能够对不良地质体进行有效探测。文中以风番坡隧道涌突泥为例,通过高密度电法、大地电磁法及TSP法探测相结合的方法,查明灾害体的主要分布特征,并采用超前地质钻探对探测成果进行验证及修正,确定灾害体的具体范围,指导了处治设计。     

Surpac在公路隧道整体三维可视化建模中的应用

公路隧道三维可视化建模能在复杂的地质条件下清楚地反映出工程各部位之间的空间相互关系,使施工人员对项目工程有直观、形象、全面的感受,对公路隧道施工具有重要的意义。为此,提出将Surpac软件用于公路隧道的整体三维可视化建模中,并介绍了该软件在三维建模过程中的关键技术——空间插值理论。借助该软件,以福州市西岭互通铜盘路接线工程项目为例,对该项目的公路隧道整体地形进行了三维可视化建模,并据此对该模型、AutoCAD图形及卫星图进行了分析与比较。     

郑万高铁不良地质三维建模与修正分析

为解决郑万高铁不良地质和特殊岩土工程地质三维模型的不充分性、地下地质现象的不可见性和地质过程的复杂性等问题，对地形测量、地质数据、测绘数据、地勘数据分析修正，建立地表地质界线、水系、交通网、覆盖层、透镜体小地质单元、岩溶系统的三维模型，通过地质与数学插值结合曲面三维模型模拟进行分析，对TIN、Grid、趋势面拟合和NURBS曲面插值和修正分析，得出描述地质不良体的几何信息、拓扑信息和属性信息。这些方法对于三维建模与修正分析过程中解析各种复杂地质体的空间信息（几何信息与拓扑关系）和各地质单元的特性信息具有一定的指导意义，符合复杂地质体表达与分析的需要，可为三维建模在工程地质边界表示与数据选取方面提供参考。     

瞬变电磁法在隧道裂隙水超前探测中的应用研究

在高地应力富水隧道开挖时,面临高压裂隙水突出的风险,对安全施工威胁很大。通过模拟掌子面前方裂隙水构造,使用多匝小线圈瞬变电磁法探测,能够较准确地探测出不同距离上的异常体位置。在实际应用中,采用多方向和多角度的三维数据采集技术,通过三维成果的立体显示对异常的分布能全面掌握,克服了传统瞬变电磁探测成果缺乏空间展布的弊端,解释成果有效、直观。     

隧道施工不良地质探地雷达超前探测全波形反演研究

为了解掌子面前方不良地质体赋存状况,保障工程施工安全,提出基于全波形反演的探地雷达隧道超前探测数据解译方法。首先,考虑隧道典型不良地质类型,建立溶洞、岩体裂隙和岩体破碎带等数值模型,进行正演模拟分析,总结典型不良地质体的地质雷达正演响应特征。其次,基于全波形反演方法对正演模拟数据进行处理,得到最优的相对介电常数分布,分析反演结果,并总结其相较于正演剖面图解译的优势。研究结果表明,全波形反演可以得到探测区域相对介电常数的较准确分布,得到的不良地质体形态与真实情况较为一致,成像效果明显优于原始雷达剖面图,提高了对不良地质体进行判断的直观性和准确性。     

槽菁头隧道施工质量检测与管理

地质雷达在质量检测中主要检测衬砌厚度、破损、裂隙、脱空、空洞、渗漏带、钢筋分布等,检测精度可达毫米级。由于具有探测速度快、探测过程连续、操作方便灵活、分辨率高、小损坏被探测目标等特点,地质雷达法得到广泛的应用。     

三维电法超前探水技术应用

在简述隧道及巷道掘进前方岩层含水性的超前探测技术及其应用研究现状基础上,分析了瞬变电磁法及直流电法超前探测的优点和不足,重点阐述了三维电法超前探测的原理和三维电阻率层析成像技术,结合实例阐明了该技术的数据采集、数据处理、资料解释、成果分析的过程,揭示了该技术具有受周边环境干扰小、超前探测距离远、能够进行纵向和横向的任意切片、立体显示岩层含水性等特点,得出了该技术具有很强实用性、有效性和推广应用价值的结论。     

基于地质横剖面的隧道工程三维地质建模方法研究

为直观准确地表达地质与隧道工程之间的相互关系,对三维地质与隧道的建模方法进行研究。首先,提出一种基于地质横 剖面轮廓线的归一化三维地质体模型重构方法; 然后,以已建立的三维地质模型为基础,对基于隧道横断面的三维建模及隧道与 地质模型合并过程中的模型切割、分层进行研究; 最后,开发基于断面的三维隧道地质建模及可视化系统。通过建模实例显示: 采 用本文的方法能够取得良好的三维地质及隧道建模效果,直观展示隧道与地层间的相互关系,较为丰富地展现隧道的内部细节。     

三维地质建模在公路工程中的应用

三维地质模型具可视化、二三维联动、量测等功能，可有效提高地质资料编辑及分析使用效率。某高速公路研究区发育暗河与拟建高速公路相交，对公路工程建设带来较大安全隐患，利用三维地质建模及工程测量技术，查清了暗河的形态、规模，并提出了处治措施，规避工程风险；同时，三维地质模型为后续力学分析提供了有效的地质模型。