巖土工程勘察數(shù)字化技術(shù)實(shí)現(xiàn)方法淺議

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摘要：文中結(jié)合工程案例，詳細(xì)分析了數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用情況及實(shí)現(xiàn)方法，希望能和同行分享實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，全面提升工程勘察效率。

關(guān)鍵詞：巖土工程；勘察技術(shù)；數(shù)字化；實(shí)現(xiàn)方式

1工程概況

本勘察項(xiàng)目起點(diǎn)位于孫耿北路南180m處，坐標(biāo)（4084409.07,509782.3308），終點(diǎn)位于崔寨鎮(zhèn)G220國(guó)道與京滬高速交匯處，坐標(biāo)（4079126.935,509508.1417）,里程樁號(hào)K0+000~K5+300。該路段是城市快速路，道路寬度為72~106m，其中K0+000~K0+572.5、K4+827.5~K5+300是純路基段，余段是上路基下隧道，地下隧道寬度33.1~69.8m，開(kāi)挖深度約14m，擬采用明挖方式施工。

2巖土勘察數(shù)字化系統(tǒng)

2.1數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用流程

應(yīng)用數(shù)字化技術(shù)，能夠有效整合呈零散分布狀態(tài)的數(shù)據(jù)信息，使數(shù)據(jù)的共享效率得到保障，還可以覆蓋巖土勘測(cè)與設(shè)計(jì)范疇。在數(shù)字設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，要進(jìn)行科學(xué)組合及應(yīng)用。和其他類型的系統(tǒng)相比，數(shù)字化系統(tǒng)投應(yīng)過(guò)程中，工作人員要掌握CAD技術(shù)應(yīng)用原理、流程等，進(jìn)而最大限度地提升數(shù)字采集與應(yīng)用效率，為系統(tǒng)功能升級(jí)及數(shù)據(jù)二次應(yīng)用等創(chuàng)造條件［1-2］。

2.2數(shù)字化系統(tǒng)主要構(gòu)成

2.2.1感應(yīng)系統(tǒng)。電子傳感器感應(yīng)系統(tǒng)在應(yīng)用過(guò)程中表現(xiàn)出智能化特征，人工智能平臺(tái)是該系統(tǒng)創(chuàng)建的基礎(chǔ)，輔助完成巖土工程的智能規(guī)劃工作。結(jié)合巖土項(xiàng)目研究系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特征，運(yùn)用智能工具開(kāi)展相應(yīng)調(diào)查工作，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目開(kāi)發(fā)及建設(shè)現(xiàn)場(chǎng)勘察的自動(dòng)化。感應(yīng)系統(tǒng)近年應(yīng)用于數(shù)字測(cè)量管理及控制領(lǐng)域，能提供多樣化的數(shù)據(jù)處置模式，便于工作人員調(diào)整電子傳感器的工作范疇，這也是控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中的一種常規(guī)方法。在勘測(cè)數(shù)據(jù)分析環(huán)節(jié)，反應(yīng)器能夠作出準(zhǔn)確應(yīng)答，輔助提升分析精準(zhǔn)度。2.2.2傳輸系統(tǒng)。從技術(shù)層面上分析巖土成分調(diào)查形式的可行性，科學(xué)提出巖土相關(guān)問(wèn)題，編制相配套的處理方案。在未來(lái)的規(guī)劃與調(diào)查實(shí)踐中，數(shù)字化調(diào)查將會(huì)成為一種趨向，以網(wǎng)絡(luò)服務(wù)管理和數(shù)據(jù)信息處理技術(shù)為支撐，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作控制［3-4］。2.2.3存儲(chǔ)系統(tǒng)巖土勘察涉及大批量數(shù)據(jù)采集和管理，因此需要對(duì)信息進(jìn)行集成存儲(chǔ)管理，以便為工程后續(xù)施工提供科學(xué)指導(dǎo)。針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)過(guò)程中形成的大量數(shù)據(jù)，利用數(shù)字化模型處置信息，一方面能顯著提升數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、管理工作的效率，另一方面還能結(jié)合實(shí)際情況，有針對(duì)性地拓展人工智能平臺(tái)功能，使其在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中創(chuàng)造出更多效益。

3巖土工程勘察數(shù)字化技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方法

3.1數(shù)字化建模技術(shù)

3.1.1表面模型法。表面模型法是巖土勘察領(lǐng)域中一種常用方法。在勘察工作開(kāi)始前，應(yīng)用表面模型法基于數(shù)字化形式開(kāi)展相關(guān)分析活動(dòng)，通過(guò)建立數(shù)字化模型并有效應(yīng)用，確保工程施工現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)勘察工作順利推進(jìn)，這種方法用于工程勘察中表現(xiàn)出良好效能。具體應(yīng)用時(shí)，采用測(cè)點(diǎn)的形式獲得離散點(diǎn)相關(guān)信息資料，為分析數(shù)據(jù)的幾何特征及信息研究等工作創(chuàng)造便利條件。采用適宜的方法協(xié)調(diào)與共享測(cè)點(diǎn)信息，構(gòu)建出一個(gè)完善的工程地質(zhì)表面網(wǎng)格，以保障后期地質(zhì)勘察工作的靈活推進(jìn)。在本工程中，利用數(shù)字化技術(shù)，將自然區(qū)劃為成Ⅱ4區(qū)，結(jié)合既有規(guī)范要求，H1、H2分別取1.90~2.20、1.30~1.60，勘探期間鉆孔內(nèi)提示地下水穩(wěn)定水位埋深為2.23~5.80m，平均埋深為4.16m，地下水位標(biāo)高為18.30~19.10m，平均標(biāo)高為18.67m，路基設(shè)計(jì)標(biāo)高、相對(duì)高度（H）分別取為23.00m、5.04m，當(dāng)H>H1時(shí)，則判定地基干燥，綜合分析地面臨時(shí)積水及水位波動(dòng)帶來(lái)的影響，最后得出該路基濕度狀態(tài)定為中濕［5］。3.1.2圖示模型法以特定的網(wǎng)格方法為依據(jù)，把巖土施工現(xiàn)場(chǎng)細(xì)化成三角形網(wǎng)格，在水平線上，各個(gè)點(diǎn)位均處于三角形前面、側(cè)面或者頂部。針對(duì)各個(gè)節(jié)點(diǎn)，三個(gè)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)多聚集在如下幾個(gè)方面：三角形中，在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)，基于標(biāo)準(zhǔn)檢查過(guò)程明確三角形特征，并提出相關(guān)問(wèn)題，同時(shí)基于直線測(cè)算出地層剖面，這是提升相關(guān)指標(biāo)計(jì)算效果的可行方法之一。

3.2構(gòu)建數(shù)據(jù)庫(kù)

在數(shù)據(jù)庫(kù)模型規(guī)劃前，要指派專人開(kāi)展巖土工程的勘察工作，全面獲取相關(guān)數(shù)據(jù)信息，提升信息采集的精準(zhǔn)性、系統(tǒng)化。為達(dá)成以上目標(biāo)，應(yīng)充分發(fā)揮數(shù)據(jù)信息的實(shí)用性，建立數(shù)據(jù)和實(shí)體之間的關(guān)聯(lián)，從多個(gè)方面保障數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度、真實(shí)性。為提升巖土工程現(xiàn)場(chǎng)勘察工作質(zhì)量，應(yīng)基于數(shù)字化信息創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫(kù)，利用其提升數(shù)據(jù)處理效率。為了提升數(shù)據(jù)模型的完整度，一定要在充分?jǐn)?shù)據(jù)資料的支撐下建模，進(jìn)而幫助相關(guān)人員更全面地了解數(shù)據(jù)屬性和對(duì)象之間的關(guān)聯(lián)性，掌握實(shí)體工程數(shù)據(jù)，包括圖形工程、地質(zhì)研究信息等。巖土工程現(xiàn)場(chǎng)勘察流程繁雜、數(shù)據(jù)類型繁多且數(shù)量龐大，在分析數(shù)據(jù)時(shí)，勘察技術(shù)人員可以根據(jù)時(shí)間序列做出相應(yīng)處理，科學(xué)分析原始數(shù)據(jù)，掌握各項(xiàng)數(shù)據(jù)的來(lái)源與現(xiàn)實(shí)作用。數(shù)據(jù)處理環(huán)節(jié)要重視分析周圍環(huán)境條件，實(shí)時(shí)引進(jìn)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，提升巖土地質(zhì)信息獲得的效率，全面優(yōu)化處理效果。在本工程中，地下水抗浮是巖土地質(zhì)勘測(cè)分析的一項(xiàng)重要指標(biāo)，在沿線勘察深度范疇中，期地下水位埋深為2.23~5.80m，平均為4.16m，地下水位標(biāo)高為18.30~19.10m，平均為18.67m。調(diào)用數(shù)據(jù)庫(kù)分析，可以按照22.50m設(shè)計(jì)抗浮設(shè)防水位標(biāo)高。鑒于自然、人為因素影響抗浮設(shè)防水位高低的實(shí)際情況，按照有關(guān)規(guī)定對(duì)抗浮設(shè)防水位進(jìn)行專項(xiàng)研究。主要巖土層抗浮參數(shù)（qsia）見(jiàn)表1，由設(shè)計(jì)單位確定最后設(shè)計(jì)方案［6-7］。

3.3建立數(shù)字化系統(tǒng)

首先，技術(shù)人員按照規(guī)程要求做好信號(hào)的轉(zhuǎn)化工作，在數(shù)字化信息技術(shù)條件下，開(kāi)展巖土勘察工作，相關(guān)人員合理應(yīng)用可編程控制器，有針對(duì)性地完善勘察工作內(nèi)容，進(jìn)而提升工程勘察的自動(dòng)化建設(shè)水平，在實(shí)踐運(yùn)用中已取得良好成效。數(shù)字化勘察的最大作用是把數(shù)字信息轉(zhuǎn)換成自然信息，隨后組織技術(shù)人員精準(zhǔn)辨識(shí)及處置各項(xiàng)勘察數(shù)據(jù)，以上方式不僅有益于提升數(shù)據(jù)管理模型的建設(shè)速度，還使現(xiàn)場(chǎng)勘察工作過(guò)程的穩(wěn)定性得到最大保障。其次，通過(guò)系統(tǒng)分析巖土工程，能夠明確數(shù)字化分析和水文地質(zhì)之間的關(guān)聯(lián)性［8］。數(shù)字化平臺(tái)是數(shù)字化勘測(cè)活動(dòng)執(zhí)行的重要基礎(chǔ)，實(shí)施難度明顯低于傳統(tǒng)手工處理。最后，嚴(yán)抓數(shù)據(jù)處理過(guò)程，如果局部巖石層被破壞，則會(huì)給周圍環(huán)境帶來(lái)不同程度的損害。為確保巖土現(xiàn)場(chǎng)勘察工作的順利推進(jìn)，建議以數(shù)字化系統(tǒng)為基礎(chǔ)，構(gòu)建出行之有效的巖土模型、動(dòng)態(tài)檢查數(shù)據(jù)及空間勘察過(guò)程，顯著提升巖土勘察工作效率。

3.4信號(hào)轉(zhuǎn)換

工程勘察工作的終極目標(biāo)是為設(shè)計(jì)人員精準(zhǔn)地提供人工性語(yǔ)言，故而應(yīng)在適宜時(shí)間將勘測(cè)信息轉(zhuǎn)換成具有不同屬性的信息。數(shù)字化技術(shù)和巖土勘察過(guò)程相融合后，自然語(yǔ)言信號(hào)基于辨識(shí)、集成與處置等一系列過(guò)程實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換，以上過(guò)程均要有人為干預(yù)，只有多方面加強(qiáng)合作，才能取得理想的工程勘察效果［9］。既往巖土勘察活動(dòng)開(kāi)展過(guò)程中，主要通過(guò)組織人力的形式執(zhí)行各項(xiàng)任務(wù)，很難科學(xué)管理與部署勘察數(shù)據(jù)，現(xiàn)場(chǎng)勘察難度高，勘察時(shí)間成本大，勘察結(jié)果的有效性與精準(zhǔn)度均無(wú)法得到保障。而在數(shù)字化技術(shù)的協(xié)助，工程現(xiàn)場(chǎng)勘察過(guò)程明顯簡(jiǎn)化，改善了水文地質(zhì)因素經(jīng)常影響最后勘測(cè)結(jié)果的情況，降低勘察工作難度，明顯提升工作效率。本工程中采用數(shù)字化系統(tǒng)完整的采集鉆孔信息，錄入有關(guān)數(shù)據(jù)、核驗(yàn)錄入者信息并執(zhí)行相應(yīng)拍照上傳過(guò)程，照片直接插入水印標(biāo)明鉆孔信息。系統(tǒng)具備整理、分析采集數(shù)據(jù)的功能，可以把數(shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)變成簡(jiǎn)單草圖，平面選擇相應(yīng)鉆孔以后就能自動(dòng)生成簡(jiǎn)單剖面、導(dǎo)出相關(guān)數(shù)據(jù)，為后期分析處理創(chuàng)造便利條件，具體導(dǎo)出時(shí)，要按數(shù)據(jù)庫(kù)格式直接導(dǎo)出相應(yīng)數(shù)據(jù)，便于直接導(dǎo)入后期軟件進(jìn)行相關(guān)統(tǒng)計(jì)分析。場(chǎng)地的地震效應(yīng)始終被作為巖土勘察的重點(diǎn)對(duì)象，按照規(guī)定，對(duì)本區(qū)域按7度區(qū)，0.10g地震動(dòng)峰值加速度去判定粉土、砂土液化情況，進(jìn)行數(shù)字化分析后，各層粉土黏粒含量都小于10%（黏粒含量見(jiàn)表2），這就意味著其具有液化可能性［9］。軟件可自動(dòng)調(diào)取參數(shù)及相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)一步判定各層土液化情況。

3.5勘察的虛擬化

數(shù)字化勘察追求的目標(biāo)是呈現(xiàn)出巖土工程施工現(xiàn)場(chǎng)，利用數(shù)據(jù)庫(kù)清晰、精準(zhǔn)地呈現(xiàn)出工程現(xiàn)場(chǎng)的有關(guān)信息，但是一定要在特定環(huán)境內(nèi)才能呈現(xiàn)出場(chǎng)地的地理方位、形狀信息以及其他內(nèi)容等。比如某巖土工程所處區(qū)域內(nèi)存在著豐富的巖脈和河流，這在很大程度上對(duì)勘察工作數(shù)字化推進(jìn)形成較大限制。故而勘察人員可以把地質(zhì)地層作為重點(diǎn)勘察對(duì)象，全面采集周圍區(qū)域地質(zhì)與河流相關(guān)信息，在虛擬調(diào)查系統(tǒng)的協(xié)助下獲得各類數(shù)據(jù)，合理確定數(shù)據(jù)與工程之間的關(guān)聯(lián)性。虛擬站點(diǎn)結(jié)合被輸入數(shù)據(jù)，智能生成工作人員所需信息。

4結(jié)語(yǔ)

在地面建筑物改擴(kuò)建過(guò)程中，巖土工程勘察工作能起到科學(xué)指導(dǎo)作用，全面采集各項(xiàng)地質(zhì)信息能指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工活動(dòng)順利推進(jìn)。工程勘察要建立更加完善的數(shù)字化勘察系統(tǒng)，在先進(jìn)的數(shù)字化信息技術(shù)的協(xié)助下，快速高效地采集地質(zhì)環(huán)境信息，最大限度地滿足各類巖土勘察施工要求，有效提升勘察工作效率，創(chuàng)造出最佳效益。

作者:劉福鵬 單位:山東建材勘察測(cè)繪研究院有限公司