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關(guān)鍵詞：地下工程；工程地質(zhì)問題；預(yù)防
城市地下工程具有現(xiàn)場環(huán)境條件復(fù)雜、施工難度大、技術(shù)要求高、工期長、對環(huán)境影響控制要求高等特點，是一項相當(dāng)復(fù)雜的高風(fēng)險性系統(tǒng)工程。但是，地下工程建設(shè)一般都在市區(qū)內(nèi)，在其施工過程中常常會引起周圍地層的位移、變形、沉降與塌陷等環(huán)境地質(zhì)效應(yīng)，對周圍地面建筑物及基礎(chǔ)、地下早期人防和其他構(gòu)筑物、公共地下管線和各種地下設(shè)施以及城市道路的路基、路面等都可能構(gòu)成不同程度的危害，已經(jīng)出現(xiàn)并且孕育諸多工程地質(zhì)問題。
1地下工程開挖引起的工程地質(zhì)問題
1.1地面沉降
1.1.1地層初始應(yīng)力狀態(tài)的改變引起的地表沉降：地下工程開挖是在存在初始應(yīng)力場的地層中進行的，開挖引起地層初始應(yīng)力狀態(tài)的改變，即二次應(yīng)力場，它是由地層初始應(yīng)力場與開挖引起的附加應(yīng)力場的疊加應(yīng)力場，對應(yīng)二次應(yīng)力場開挖的位移場僅是由開挖引起的附加應(yīng)力場。地表沉降的主要機理是由開挖面的應(yīng)力釋放，附加應(yīng)力等引起地層的彈塑性變形。引起初始地應(yīng)力狀態(tài)改變的主要原因有：
（1）地下工程開挖引起的附加應(yīng)力；
（2）地下工程施工對地層的擾動和地層損；
（3）地下水滲流引起的地下水位的變化。
1.1.2土體的固結(jié)沉降：地下工程施工引起的地表沉降與時間有關(guān)。土體內(nèi)部含水滲出，體積逐漸減少，這一現(xiàn)象成為土的“固結(jié)”。隨著土體的固結(jié)，土體的壓縮變形和強度逐漸增長。因此，土的固結(jié)所產(chǎn)生的沉降是城市地下工程施工中最值得注意的問題之一。根據(jù)地下工程施工的特點總結(jié)固結(jié)沉降的主要原因有：
（1）地下水位下降引起的固結(jié)沉降；
（2）土體空隙水壓力變化，引起土體的固結(jié)沉降；
（3）土體擾動后，重新固結(jié)后產(chǎn)生沉降；
（4）土體的次固結(jié)和流變。
1.2洞室圍巖失穩(wěn)
地下開挖后，洞壁圍巖由于失去了原有的巖體的支持而向洞內(nèi)產(chǎn)生松脹變形，如果變形超過了圍巖所能承受的能力，圍巖就會被破壞。圍巖的變形破壞程度常取決于圍巖的應(yīng)力狀態(tài)、巖體結(jié)構(gòu)和洞室的斷面形狀等。洞室開挖使地下原來的應(yīng)力狀態(tài)被破壞，圍巖應(yīng)力重分布，產(chǎn)生變形位移。
均質(zhì)巖土體中應(yīng)力未達到或未超過其強度以前，在開挖過程中的變形，以彈性變形為主，變形速度快，變量小，瞬時完成，一般不易察覺；當(dāng)應(yīng)力達到或超過巖土體強度時，塑性變形十分明顯，發(fā)生壓碎、拉裂或剪破。當(dāng)巖體強度主要由結(jié)構(gòu)面控制時，與上述情況基本一樣，但當(dāng)結(jié)構(gòu)面組合構(gòu)成圍巖不穩(wěn)定條件時，巖體除了彈性變形外，塑性變形也比較明顯，它表現(xiàn)為圍巖分離體（巖塊）的相互錯動，圍巖松動時圍巖穩(wěn)定性降低，為進一步松動創(chuàng)造了條件。
1.3斜坡破壞
斜坡破壞主要發(fā)生在山區(qū)城市，除直接經(jīng)濟損失外，還可能造成人員傷亡，其原因主要是:由于自然地質(zhì)作用和工程地質(zhì)作用引發(fā)的，而工程地質(zhì)作用造成的斜坡破壞較自然地質(zhì)作用頻率大。當(dāng)然決非任何斜坡破壞都能稱為地質(zhì)災(zāi)害，但斜坡破壞確屬重大的地質(zhì)災(zāi)害類型之一。
斜坡破壞主要形式為滑坡，其影響因素主要有巖性、構(gòu)造、地形、地震、降雨及人類活動等。其中，許多山體滑坡現(xiàn)象是由地下工程活動引發(fā)的，即主要是由于地下工程的開挖或采掘影響到了上部的山體，使巖體開裂，地面傾斜，并在一定條件的配合下，導(dǎo)致山體失穩(wěn)形成滑坡。在隧道建設(shè)中，滑坡現(xiàn)象主要發(fā)生在淺埋、偏壓及進出口等地段，其危害常常比較嚴(yán)重。為評價斜坡巖土的穩(wěn)定性，預(yù)防斜坡破壞導(dǎo)致的地質(zhì)災(zāi)害，認(rèn)識引起斜坡破壞的內(nèi)在原因與外部條件，掌握其運動發(fā)展規(guī)律顯得非常重要，尤其是當(dāng)前在城市這個人類經(jīng)濟活動的密集區(qū)，斜坡破壞造成的經(jīng)濟損失和人員傷亡都是巨大的，都是由于工程活動不合理造成的。
1.4地下水污染
在城市環(huán)境地質(zhì)中地下水的不良作用主要表現(xiàn)為地下水的侵蝕。地下水的不良作用和地下水污染主要由人為引起。隨著經(jīng)濟持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展，人類活動加劇，對地下水的污染越來越嚴(yán)重，主要表現(xiàn)為：多數(shù)城市垃圾隨意堆放；工業(yè)廢水和廢液不經(jīng)處理或初步處理后任意排放。首先污染地表水，經(jīng)地表水補給地下水或滲入地下水，再污染地下水，使地下水具有侵蝕性，對城市的建筑物基礎(chǔ)及地下工程不斷侵蝕破壞。
2防治措施
2.1開展詳盡的工程地質(zhì)勘察
工程地質(zhì)勘察資料是地下工程施工的重要依據(jù)，通過詳細的工程地質(zhì)勘察，為設(shè)計施工提供需要的參數(shù)和指標(biāo)，確定合理的開挖方案、開挖步驟，如果地下工程建設(shè)所涉及勘察資料不詳細、不準(zhǔn)確，勢必給支護工程帶來事故隱患。
2.2做好開挖方案的優(yōu)化選擇
地下工程的開挖方法很多，以基坑工程為例，有分層全開挖、中心島式開挖等等。開挖順序不同，引起的位移不同，中心島法的開挖順序就比從一個方向按順序向另一個方向的開挖方法，對基底隆起和樁后地面沉降有一定程度地減少。因此，基坑開挖時應(yīng)做好開挖方案的優(yōu)化選擇。
2.3實行科學(xué)的降水設(shè)計
水是影響基坑工程穩(wěn)定的重要因素之一，從實際統(tǒng)計資料來看，約有70%的基坑事故與地下水有關(guān)，因此，地下工程建設(shè)中應(yīng)特別注意地下水的影響。地下工程建設(shè)絕大多數(shù)都需要進行人工降低地下水。要降低地下水位，就要合理地選擇降水方法，在此基礎(chǔ)上進行人工降水的方案設(shè)計，以及進行降水方案的水位預(yù)測，通過預(yù)測進行降水方案的優(yōu)化，從而達到最佳的降水方案。
2.4做好現(xiàn)場監(jiān)測，開展信息化施工技術(shù)
地下工程是土體與圍護結(jié)構(gòu)體相互共同作用的一個動態(tài)變化的復(fù)雜系統(tǒng)，僅依靠理論分析和經(jīng)驗估計是難以把握在復(fù)雜的開挖和降雨等條件下支護結(jié)構(gòu)與土體的變形破壞，也難以完成可靠而經(jīng)濟的開挖設(shè)計。通過施工時對整個工程進行系統(tǒng)的監(jiān)測，可以了解變化的態(tài)勢，利用監(jiān)測信息的反饋分析，就能較好地預(yù)測系統(tǒng)的變化趨勢。當(dāng)出現(xiàn)險情預(yù)兆時，可做出預(yù)警，及時采取措施，保證施工和環(huán)境的安全；當(dāng)安全儲備過大時，可及時修改設(shè)計，削減圍護措施。
2.5積極采用新技術(shù)、新方法
1．1放炮影響范圍根據(jù)開發(fā)方案，采場每次布置3排鉆孔，每排10個孔，排距4．6m，孔距5．6m，共布置30個孔，每孔深16．5m，超深1．5m，以確保爆破后臺階高度達15m。
1．2采礦可能引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害影響范圍礦山開采過程中采用自上而下臺階式分層開采，高度為15m；開采時工作臺階切向坡和反向坡最終開采的邊坡角不大于55°。由此可確定采礦可能引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害影響范圍為礦區(qū)開采最終邊界外延15m。綜上所述：礦山開采影響范圍為露天采場外延215m。
2地質(zhì)災(zāi)害危險性預(yù)測根據(jù)開發(fā)技術(shù)方案，礦山開采后四周將形成5段高度為110m的邊坡，邊坡編號分別為AB、BC、CD、DE、EF，邊坡位置詳見福祿鎮(zhèn)周家槽周家槽水泥用石灰?guī)r礦山礦區(qū)范圍及開采平面圖
3水文地質(zhì)預(yù)測礦區(qū)范圍內(nèi)開采三疊系下統(tǒng)嘉陵江組三段（T1j3）石灰?guī)r礦層，開采標(biāo)高均高于當(dāng)侵蝕基準(zhǔn)面；開采范圍內(nèi)無河流、水庫等地表水體；地下水與地表水沒有必然的水力聯(lián)系。礦山開采對巖溶裂隙水的補給條件破壞小，礦山開采后不會對含水層結(jié)構(gòu)破壞，不會造成地下水水位下降、疏干等。對礦山地質(zhì)環(huán)境影響程度較輕。
4地形地貌預(yù)測按照開發(fā)利用方案，礦山開采后將形成高度0～105m的邊坡，礦山采礦活動對地形地貌景觀影響嚴(yán)重。
5土地資源影響預(yù)測璧山縣福祿鎮(zhèn)周家槽水泥用石灰?guī)r礦不單獨設(shè)置料場及廢渣場，在礦區(qū)東側(cè)采區(qū)50m外設(shè)置破碎站及運輸?shù)缆?，占用耕地資源4．41ha；工業(yè)廣場修建占用耕地資源1．59ha；礦區(qū)為露天采場，占用耕地資源43ha；石灰?guī)r礦山開采共占用耕地49ha。因此，璧山縣福祿鎮(zhèn)周家槽水泥用石灰?guī)r礦開采后對土地資源影響嚴(yán)重。
6建（構(gòu)）筑物影響預(yù)測礦山為露天開采，將會對礦區(qū)范圍內(nèi)的所有建（構(gòu)）筑物全部破壞。根據(jù)計算的爆破地震波安全距離為158．45m，計算的爆破產(chǎn)生飛石最遠飛散距離為200m；對礦區(qū)周邊200m范圍內(nèi)的建（構(gòu)）筑物造成較嚴(yán)重破壞。因此，璧山縣福祿鎮(zhèn)周家槽水泥用石灰?guī)r礦開采后對建（構(gòu)）筑物影響嚴(yán)重。
二、礦山地質(zhì)環(huán)境防治
針對礦山開采影響范圍及采后地質(zhì)環(huán)境因素的影響預(yù)測結(jié)果，將礦山地質(zhì)環(huán)境保護與治理恢復(fù)劃分為重點區(qū)、次重點區(qū)、一般區(qū)，設(shè)計以下防治工程：1）礦山開采時應(yīng)及時清除邊坡上的掉塊，特別是在BC邊坡東段邊坡可能會發(fā)生局部掉塊。2）對礦山采坑四周形成的邊坡采用生物工程護坡；對采坑坑底進行綠化或土地復(fù)墾。3）對礦區(qū)道路、破碎站和工業(yè)廣場區(qū)域進行環(huán)境恢復(fù)。4）修建截排水工程。
1邊坡防治工程
1．1邊坡放坡根據(jù)開發(fā)方案礦山開采的最終邊坡角為55°，自上而下臺階式分層開采，采高15m，臺階寬度約10．5m；AB邊坡長約600m，高2～50m；BC邊坡長約440m，高50～106m；CD邊坡長約360m，高40～96m3；DE邊坡長約526m，高17～42m3；EF邊坡長約210m，高2～17m；放坡處理各段邊坡。
1．2清理危石及時清理采場邊坡上的危石，避免發(fā)生危石滾落傷人事故。按照“邊采邊治”的原則，對各邊坡上的危石清理完成后，才能進行下一臺階的開采。
1．3截水溝礦區(qū)位于瀝鼻峽背斜軸部，地形呈渾圓狀的小型獨立山包，自然排水條件良好，匯水面積小，在礦區(qū)DE、EF邊坡頂部修建截水溝長約300m，以防治地表水進入礦區(qū)。在其余每個臺階坡面每隔50m，高差10～20m，設(shè)置橫向和豎向的截排水溝，將邊坡頂部的地表水匯入采坑內(nèi)的排水溝，避免對坡面草籽植物造成沖刷，豎向的排水溝按急流槽設(shè)計。迎坡面溝壁需設(shè)置泄水孔。
2水文防治工程礦山開采后的采場地面標(biāo)高高于當(dāng)?shù)厍治g基準(zhǔn)面，對地下水的影響小。對礦山地質(zhì)環(huán)境影響程度較輕。故本次不對其進行處理。但未解決礦山生產(chǎn)、生活用水，需在工業(yè)廣場內(nèi)修建一個蓄水池。蓄水池尺寸為15m×15m×2m，墻體寬度為0．3m，預(yù)計砌筑工程量約為36m3。生產(chǎn)廢水主要為清洗礦車及挖掘機所排除的污水，設(shè)計每個污水處理池采用尺寸為2．5m×2．5m×1．6m，容積10m3污水處理池3個，墻體寬度為0．3m。預(yù)計開挖工程量30m3；砌筑工程量約為14．4m3，污水經(jīng)生化處理后由砼管排放。露天采石場的作業(yè)點應(yīng)實行濕式作業(yè)和噴霧灑水，對采場及裝載點設(shè)2臺灑水器進行了灑水降塵，防止粉塵飛揚。
三、地形地貌景觀防治工程礦山環(huán)境恢復(fù)治理設(shè)計方案圖。
1露天采場采坑地貌景觀恢復(fù)根據(jù)劃定礦界和開發(fā)方案，露天開采結(jié)束后采坑的平面面積為302013m2，礦山開采前礦區(qū)土地主要為耕地，以種植果樹為主；礦山開采難以恢復(fù)原來的地面植物，故礦山環(huán)境恢復(fù)治理主要以綠化為主?？刹扇≈卫矸桨溉缦拢海?）回填土壤，平均厚度不得小于0．8m，預(yù)計回填方量為241610m3；（2）平整場地，場地平整應(yīng)采坑中間高，四周低，便于地表水排入排水溝中；（3）植樹，行距×株距為5m×5m，預(yù)計12080株，建議種植樟樹或果樹等經(jīng)濟類樹木（4）排水，沿采坑邊坡坡腳圍繞采坑修建截排水溝，保證采坑內(nèi)地表水排泄通暢，將礦區(qū)的地表水有序的排放到礦區(qū)東側(cè)地形較低地段，用以灌溉耕地。排水溝采用梯形斷面，底寬400mm，頂寬700mm，高800mm，壁厚300mm，預(yù)計長度約2350m。排水溝每隔10～15m設(shè)置一道伸縮縫，用瀝青麻絲進行有效止水。
2采坑邊坡地貌景觀恢復(fù)采坑邊坡采用坡面綠化＋截排水的礦山環(huán)境恢復(fù)設(shè)計方案。對于采坑邊坡主要采取分階放坡＋綠化處理。每級邊坡分階高度取15m，每階平臺寬度取10．5m，種植蔓藤類植物綠化坡面，在坡頂設(shè)置截排水溝。臺階邊緣修砌墻體，墻體嵌入基巖0．1m，墻體截面0．3m×0．5m（寬×高）。墻背回填0．3m厚的土壤，蔓藤種植行距×株距為5m×3m。截排水工程在邊坡防治工程中實施。
3礦區(qū)公路及破碎站礦區(qū)公路兩側(cè)及破碎站區(qū)域的空地進行植樹綠化，預(yù)計植樹60株。待礦山閉坑后，建筑垃圾清除干凈，將表層1．0m范圍土地掘松，種植樟樹等經(jīng)濟類樹木。礦區(qū)公路和破碎站的平面面積約為4410m2，可采用挖掘機松土，植樹綠化，行距×株距為5m×5m，預(yù)計176株。
4土地資源的采后處理礦區(qū)主要的土地資源占用和破壞為礦區(qū)范圍內(nèi)的采場、礦區(qū)東側(cè)的破碎站及工業(yè)廣場，礦山閉坑后，采場及破碎站將對其進行地貌景觀恢復(fù)，工業(yè)廣場建（構(gòu)）筑物提供給當(dāng)?shù)厥褂?，不進行處理。
5地表建（構(gòu)）筑物的處理礦山為露天開采，將會對礦區(qū)范圍內(nèi)的所有建（構(gòu)）筑物全部破壞，對礦區(qū)周邊200m范圍內(nèi)的建（構(gòu)）筑物造成較嚴(yán)重破壞。為保護村民的人身財產(chǎn)安全，對在影響范圍內(nèi)的村民實施搬遷。
四、結(jié)論
1）分析了礦山地質(zhì)條件，認(rèn)為礦山開發(fā)技術(shù)條件的級別為中等；
二、工程地質(zhì)勘測中水文地質(zhì)問題及其危害性
1．上文對水文勘測重要性進行了分析，通過這些分析能夠更加透徹的了解到水文勘測對于巖土工程整體結(jié)構(gòu)以及穩(wěn)定性的影響，進行工程地質(zhì)勘測的時候，正確對待水文地質(zhì)勘測，全面分析存在于水文地質(zhì)中的問題，針對這些問題，積極進行勘測，具體分析如下:1．1關(guān)于取土樣做腐蝕性分析的問題在實際勘測中，一般都是取的水樣，取土樣做腐蝕性測試的較少，土試樣的腐蝕性測試是將土試樣放在純凈水中制備浸出液，對浸出液測定的結(jié)果作為土的腐蝕性。地下水的腐蝕性一般高于土的腐蝕性，因為地下水位以下的土長期浸在地下水中，顯然地下水的腐蝕性高于土的腐蝕性，因此只要測定水的腐蝕性就可以了。1．2地下水的腐蝕問題地下水有很多種類型，其水位變化也非常大，同時季節(jié)不同，降水量不同，都會對地下水水位造成影響。與地表水一樣，地下水也具有很大的腐蝕作用，其主要的原因就是因為內(nèi)其中的礦物成分比較多，這個時候，一旦收到污染，其礦物質(zhì)成份還會繼續(xù)增加，所以說在進行巖土工程勘測的時候，工作人員必須要對地下水的腐蝕性進行嚴(yán)密的勘測。通過對其中礦物質(zhì)成份的測量和分析，來確定其腐蝕性的高低，在地下水中的某一種化學(xué)成分含量超過一定標(biāo)準(zhǔn)時，其還會對建筑材料產(chǎn)生一定的腐蝕。2．巖土工程整體穩(wěn)定性和可靠性與地下水的活動變化有著密切聯(lián)系，地下水位不同程度的變化，必然會對巖土工程造成危害，為了能夠最大限度的降低這些危害，穩(wěn)定巖土工程結(jié)構(gòu)，全面分析地下水變化引起的巖土工程危害，才能夠有針對性的采取治理以及預(yù)防措施，下面就對一些常見危害進行分析:2．1水位上升問題引起的巖土工程危害地下水位上升必然會對巖土工程造成一定程度的危害，而導(dǎo)致其水位上升的原因有很多中，例如:總體巖性產(chǎn)狀以及含水層結(jié)構(gòu)，水文、氣象以及溫度等等都會導(dǎo)致地下水位上升，甚至有的時候是幾種因素綜合作用，從而導(dǎo)致水位上升。另外，還有一些比較特殊的巖土機構(gòu)強度以及濕度不符合施工要求，并導(dǎo)致其出現(xiàn)粉土以及管涌現(xiàn)象發(fā)生，這些都是由于水位上升而引起的巖土工程危害。2．2地下水位下降引起的巖土工程危害無論是地下水位上升，還是下降，對于巖土工程都會造成帶來巨大危害，上文對地下水位上升的危害性進行了研究，下面來具體分析地下水位下降的危害，通常來講地下水位下降的大部分都是由于人為因素導(dǎo)致的，比如:大量抽取地下水、采礦、以及修改水庫等等。這些行為會導(dǎo)致地下水位大幅度下降，從而造成地面沉降、塌陷以及開裂等現(xiàn)象。這些都對建筑物的穩(wěn)定性造成巨大影響，并危及到人們的生命財產(chǎn)安全。2．3地下水頻繁升降對巖土工程造成的危害針對地下水位的沉降現(xiàn)象，我國地質(zhì)勘測技術(shù)人員經(jīng)過多年的研究，已經(jīng)取得了一些成績，但是與實際的要求相比，還是遠遠不夠的，由于地下水位的變化會導(dǎo)致膨脹性巖石發(fā)生一定程度的膨脹形變，因此，如果這種顯現(xiàn)反復(fù)出現(xiàn)，必然會使巖土的膨脹收縮幅度更大，最終必然導(dǎo)致地面開裂，引發(fā)建筑物結(jié)構(gòu)的破壞，這種破壞在輕型建筑結(jié)構(gòu)中更加明顯。另外，地下水的升降變動帶，由于地下水的不斷侵入，還會帶走土層中的鋁鐵成份，土層失去膠結(jié)物，會變得松動、含水空隙變大、其承載力以及強度就會降低，從而對巖土工程基礎(chǔ)處理帶來巨大阻礙。
三、水文地質(zhì)勘測的任務(wù)
在充分了解地下水變化所帶來的危害性后，強化水文勘測力度，做好鉆探以及物探工作，是提供準(zhǔn)確情況評價與判斷結(jié)果的前提。1．鉆探的任務(wù)鉆探工作是水文地質(zhì)勘測中的重要環(huán)節(jié)，其最主要的任務(wù)就是沖擊鑿碎巖石，工作人員會借助專業(yè)的工具和設(shè)備進行，鉆探的最大優(yōu)點就是適應(yīng)性強，能夠在多種復(fù)雜的環(huán)境下進行，并能夠深入到巖體內(nèi)部，勘測結(jié)果精確度高。2．物探的任務(wù)電法勘測與彈性勘測是目前工程地質(zhì)勘測中最為常見的兩種方法，前者會受到地形條件的影響較大，并且要更具巖石的電學(xué)特性為基礎(chǔ)，分析巖石縫隙，巖石程度強弱等情況對電法勘測效果的影響，專業(yè)的技術(shù)人員適用專業(yè)的勘測儀器，對目標(biāo)巖層進行物理參數(shù)的測定，從而確定地下深層的地質(zhì)狀況。3．野外測驗在水文地質(zhì)勘測的過程中，還有一種測驗方式也十分常見，那就是野外測驗。這種勘察方法是能夠獲取全方位的水文地質(zhì)資料，為日后的工程設(shè)計、測評、施工提供最為科學(xué)的參數(shù)依據(jù)。綜上所述，我國的地質(zhì)勘測工作人員，要不斷提高自身的勘測技能，將以上三種勘測方法全面掌握，將水文地質(zhì)勘察工作作為共組重點，積極進行創(chuàng)新和研究，做到具體問題，具體分析，科學(xué)采用檢測方法，從而最大限度的提高勘測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。
1前言
壩陵河大橋離擬建貴州省鎮(zhèn)寧至勝境關(guān)高速公路起點約21km，地處黔中山原地帶。高速公路在關(guān)嶺縣東北跨越壩陵河峽谷，峽谷兩岸地勢陡峭，地形變化急劇，高差起伏大，河谷深切達400～600m。橋址區(qū)屬構(gòu)造剝蝕、溶蝕中低山河谷地貌。巖石建造類型以碳酸鹽巖與陸源碎屑巖互層，以碳酸鹽巖構(gòu)成峽谷谷坡，以碎屑巖互層構(gòu)成谷底及緩坡為基本特征。壩陵河流向與區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造線方向(NW)基本一致。河谷西岸地形較陡，地形坡度40～70°，近河谷一帶為陡崖。橋位區(qū)西岸（關(guān)嶺岸）錨碇地段處于斜坡中部，出露的巖層有三疊系中統(tǒng)竹桿坡組第一段（T2z1）中厚層狀泥晶灰?guī)r和楊柳井組（T2y）中厚層狀白云巖[1,2]。弱風(fēng)化巖體直接出露于地表，微新巖體埋深30～50m。
壩陵河懸索橋主跨1068m，橋面總寬度24.5m，東岸錨碇采用重力式錨，西岸錨碇采用隧道式錨。西岸隧道式錨碇在技術(shù)設(shè)計中全長74.7m，最大埋深78m，主要由散索鞍支墩、錨室（34.7m）和錨塞體（40m）三部分組成，兩錨體相距18～6.36m。錨塞體和錨室為一傾斜、變截面結(jié)構(gòu)，上緣為圓形，下緣為矩形，縱向呈楔形棱臺，矩形截面尺寸為10m×5.8m～21m×14.5m。西岸每根主纜纜力（P）約為270MN，水平夾角約26°。錨體中設(shè)預(yù)應(yīng)力錨固系統(tǒng)，主纜索股通過索股錨固連接器與錨體中的預(yù)應(yīng)力錨固系統(tǒng)連接。
懸索橋錨碇在承受來自主纜的豎向反力的同時，主要還承受主纜的水平拉力，是懸索橋的關(guān)鍵承載結(jié)構(gòu)之一，其總體穩(wěn)定性和受力狀態(tài)直接影響到大橋的安全和長期使用的可靠性。壩陵河懸索橋是鎮(zhèn)寧－勝境關(guān)高速公路的重要節(jié)點，針對該大橋施工圖設(shè)計階段，本文提出壩陵河懸索橋西岸隧道式錨碇及其邊坡的工程地質(zhì)力學(xué)研究建議。鑒于錨碇型式受到地形、地質(zhì)條件的限制，國內(nèi)外采用隧道式錨碇的大跨懸索橋為數(shù)較少[3－7]，見諸文獻報道的更少，本研究建議有不適當(dāng)之處，請專家批評指正。
2巖體工程地質(zhì)力學(xué)研究建議
2.1錨碇圍巖工程地質(zhì)條件研究
西岸隧道式錨碇坐落于邊坡淺表弱風(fēng)化～微新巖體中，弱風(fēng)化～微新巖體的工程地質(zhì)條件關(guān)系到錨碇隧洞的成洞條件及錨碇體系在主纜拉力荷載作用下的整體穩(wěn)定狀態(tài)。
邊坡淺表部中存在卸荷巖體。巖體卸荷帶是伴隨河谷下切過程或邊坡開挖過程中，由于應(yīng)力釋放，巖體向臨空面方向發(fā)生卸荷回彈變形，能量的釋放導(dǎo)致斜坡淺表一定范圍巖體內(nèi)應(yīng)力的調(diào)整，淺表部位應(yīng)力降低，而坡體更深部位產(chǎn)生更大程度的應(yīng)力集中。由于表部應(yīng)力降低導(dǎo)致巖體回彈膨脹、結(jié)構(gòu)松弛，破壞巖體的完整性，并在集中應(yīng)力和殘余應(yīng)力作用下產(chǎn)生卸荷裂隙。巖體應(yīng)力的降低最直觀的表現(xiàn)是導(dǎo)致巖體松弛和原有的裂隙發(fā)生各種變化，形成新環(huán)境下的裂隙網(wǎng)絡(luò)。這些裂隙一部分是遷就原有構(gòu)造裂隙引張擴大經(jīng)改造形成[8]，有一些是微裂隙擴展后的顯式裂隙，也有在新的應(yīng)力環(huán)境和外動力環(huán)境下形成的裂隙。在巖體卸荷、應(yīng)力降低的過程中，隨著新的裂隙系統(tǒng)的形成，也為外動力或風(fēng)化營力提供了通道，加速巖體的風(fēng)化和應(yīng)力的進一步降低。風(fēng)化巖體裂隙的增多，是巖體卸荷和風(fēng)化共同造就的。
西岸錨碇邊坡巖體在淺部節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體透水性較好，滲透系數(shù)高；隨著深度的增加，透水性逐漸減弱。深部的巖溶發(fā)育情況有待研究。
據(jù)初步設(shè)計階段工程勘察資料，西岸錨碇邊坡出露的灰?guī)r和白云巖的產(chǎn)狀為：傾向50～80°，傾角48～87°。主要發(fā)育三組優(yōu)勢節(jié)理：①155°∠57°；②220°∠34°；③333°∠46°。在巖層層面、不利結(jié)構(gòu)面組合切割和深部巖溶發(fā)育情況下，在主纜巨大拉力下，不能夠排除存在深部拉裂滑移面威脅西岸錨碇邊坡整體穩(wěn)定性的可能性。
錨碇圍巖工程地質(zhì)條件研究內(nèi)容包括：
（1）研究從邊坡表部至深部巖體中裂隙的分布密度及張開度變化，揭示巖體的卸荷程度，為錨碇施工期和運行期邊坡巖體質(zhì)量評價以及巖體質(zhì)量變化趨勢提供可靠基礎(chǔ)資料；
（2）在巖層層面和不利結(jié)構(gòu)面組合切割下，由于錨碇工程荷載，研究巖體中形成的潛在不穩(wěn)定塊體的安全度以及西岸錨碇邊坡的整體穩(wěn)定性；
（3）采用地球物理勘探方法，研究邊坡深部溶蝕裂隙與溶蝕洞穴的分布規(guī)律及其發(fā)育特征。
2.2錨碇圍巖工程力學(xué)特性研究
主懸索的巨大拉力通過索股、錨桿傳人隧道中填充的（預(yù)應(yīng)力）混凝土，再通過（錨塞體）混凝土與隧道巖體的摩阻力和粘結(jié)力傳遞給周圍的巖體。隧道式錨碇在巨大主纜拉力荷載作用下，不僅要維持自身的抗拔穩(wěn)定，同時還要將自身承受的主纜拉力傳遞到錨碇圍巖中，以充分利用圍巖的承載能力，使錨碇和圍巖共同作用形成一個整體的承載體系。
錨碇圍巖工程力學(xué)特性研究包括三個方面：
（1）錨塞體與巖體之間的抗剪摩擦力學(xué)性能[9，10]和粘結(jié)特性試驗研究；
（2）錨碇下部及兩錨體之間的巖體處于復(fù)雜的拉剪應(yīng)力狀態(tài)，研究錨碇圍巖在拉剪應(yīng)力下的變形及強度特性，尤其是弱風(fēng)化～微新圍巖在拉剪復(fù)雜應(yīng)力下的變形、強度及疲勞試驗研究，模擬其破壞現(xiàn)象和破壞過程，從而掌握其破壞機制；
（3）巖體在中度～輕度工程爆破開挖擾動下的力學(xué)性能研究。
錨碇圍巖工程力學(xué)試驗?zāi)康氖谴_定錨碇邊坡巖體力學(xué)參數(shù)建議值，供設(shè)計和三維數(shù)值仿真采用。建議在設(shè)計錨碇區(qū)域附近開挖一試驗斜硐，采取巖樣，并在硐壁打適量鉆孔，進行室內(nèi)巖石力學(xué)試驗和原位巖石力學(xué)性質(zhì)及配套的各項試驗研究工作。主要包括室內(nèi)巖石力學(xué)三軸剪切試驗、節(jié)理（裂隙）測量、巖體變形特性（靜載）試驗、巖體抗剪（抗剪斷）試驗、巖體抗拉試驗、混凝土與基巖膠結(jié)面抗剪和摩擦等試驗和硐室聲波普測、硐室地球物理勘探、含水量測試、鉆孔聲波測試、鉆孔壓水試驗等試驗研究工作。錨碇系統(tǒng)的摩阻力由基巖與錨碇系統(tǒng)接觸面的正應(yīng)力與摩擦系數(shù)來決定，摩擦系數(shù)一般由相似原理進行模型試驗或現(xiàn)場測試得到。硐室地球物理勘探是查明錨碇圍巖（主要是錨碇下部及兩錨體之間的巖體）中的巖溶發(fā)育情況。
試驗資料的整理應(yīng)通過對現(xiàn)場和室內(nèi)大量試驗數(shù)據(jù)的綜合分析，結(jié)合現(xiàn)行有關(guān)行業(yè)規(guī)范（規(guī)程）和工程經(jīng)驗的類比，提出西岸隧道式錨碇邊坡區(qū)域巖體力學(xué)參數(shù)建議值，供設(shè)計采用。
2.3錨碇圍巖滲透及抗溶蝕特性研究
壩陵河懸索橋西岸錨碇圍巖為弱風(fēng)化～微新的灰?guī)r和白云巖，屬于易溶蝕化巖體。錨碇邊坡地段地下水主要為（節(jié)理）裂隙水、巖溶裂隙水和巖溶孔（洞）穴水。西岸隧道式錨碇錨體混凝土澆筑后，在邊坡巖體中形成不透水體（阻滲體），從而改變錨碇邊坡的地下水滲流場?？梢灶A(yù)見，地下水將從錨塞體混凝土邊緣繞滲，因此錨塞體與圍巖的交界部位巖體更易遭到溶蝕，削弱錨塞體混凝土與圍巖之間的摩阻力和粘結(jié)力。錨碇圍巖滲透特性的研究應(yīng)著重錨塞體與圍巖的交界部位巖體的滲透性能與抵抗溶蝕的能力的試驗研究。
為防治錨塞體與圍巖交界部位巖體的溶蝕危害采取的工程措施，主要是加強錨碇邊坡坡面的排水工程。
2.4錨碇及其圍巖相互作用三維數(shù)值模擬研究
由于懸索橋安全是依靠錨碇固定橋的體系，錨碇發(fā)生移動將嚴(yán)重影響橋梁體系，甚至導(dǎo)致橋體破壞，因此研究西岸隧道式錨碇的錨塊及其圍巖在主動拉力作用下的穩(wěn)定性、瞬時變位與長期變位是相當(dāng)重要的。應(yīng)建立真實反映隧道式錨碇錨體和圍巖二者相互作用、考慮施工過程非線性、地質(zhì)結(jié)構(gòu)面影響等的三維數(shù)值仿真模型，對錨碇穩(wěn)定性及變位進行預(yù)測[11]。
2.5錨碇隧道鉆爆開挖及支護的施工技術(shù)試驗
根據(jù)西岸隧道式錨碇為傾斜、變截面的工程特點，需研究錨碇隧道的鉆爆開挖以及支護的施工技術(shù)[12－14]。在隧道式錨碇施工過程中，自始至終都要注意嚴(yán)格控制圍巖的完整性，盡量避免對圍巖產(chǎn)生過大的擾動。為保證主纜等硐內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)的使用壽命，錨碇的防水按GB50108－2001二級標(biāo)準(zhǔn)進行控制，要求較高。施工開挖后應(yīng)對圍巖中的塑性變形帶進行擠密壓漿處理，以使錨塞體混凝土與圍巖緊密結(jié)合。
2.6錨碇錨固系統(tǒng)試驗
試驗?zāi)康氖球炞C用于壩陵河大橋錨碇錨固系統(tǒng)的各產(chǎn)品力學(xué)性能是否滿足設(shè)計要求。試驗內(nèi)容包括錨拉桿組件靜載試驗、疲勞試驗及錨具組裝件靜載試驗和疲勞試驗[15]等。
2.7大體積混凝土澆筑防裂的施工技術(shù)研究
地質(zhì)災(zāi)害危險性評估
筆者對研究區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害危險性評估方法采用“危險性積分法”，即列出與地質(zhì)災(zāi)害危險性最密切的評分項目，按100分制逐段、逐項進行考核打分，分高為危險性大，分低為危險性?。?－6］。最后根據(jù)評分結(jié)果，結(jié)合實際情況給出危險性不同級別的標(biāo)準(zhǔn)分值，并按這個標(biāo)準(zhǔn)綜合評估每一地段地質(zhì)災(zāi)害危險性等級(表略)。綜合評估原則與量化指標(biāo)，對管道工程和附屬站場逐段逐場進行綜合評估。據(jù)管道沿線各段地質(zhì)環(huán)境條件、地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育程度、施工和營運過程中可能發(fā)生的地質(zhì)災(zāi)害、管道施工方法、管線附近人類工程活動、地質(zhì)災(zāi)害對管道和周邊的危害程度等方面的依據(jù)，將整個天然氣管道工程1967.05km長管線(含支線工程)劃分為162個段進行地質(zhì)災(zāi)害危險性綜合評估。全路段及分省段地質(zhì)災(zāi)害危險性綜合評估結(jié)果統(tǒng)計。
地質(zhì)災(zāi)害防治對策
二、遙感技術(shù)的應(yīng)用
遙感技術(shù)按照遙感平臺的高度不同,一般分為航天遙感、航空遙感和地面遙感共3大類。遙感技術(shù)由于視域廣闊、信息豐富、具立體感、衛(wèi)星影像成周期性重現(xiàn)以及獲取資料快速等特點,被廣泛應(yīng)用于水利水電工程中有關(guān)重大工程地質(zhì)問題及相關(guān)的環(huán)境等問題的調(diào)查與研究。
(一)區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性研究。由于遙感圖像能提供大量宏觀的線性構(gòu)造信息,較好地反映區(qū)域地質(zhì)特征、水系分布特征和地貌形態(tài),所以對研究區(qū)域構(gòu)造格架,確定斷裂體系及活動性以及評價工程及其周緣地區(qū)的構(gòu)造穩(wěn)定性有重大作用。因此遙感技術(shù)的應(yīng)用也成為研究此問題必用的手段。
(二)水庫區(qū)塌、滑坡、泥石流調(diào)查。在大型水利水電工程庫區(qū)岸坡的滑坡、崩塌、泥石流以及某些松散堆積體的調(diào)查中,有一些工程應(yīng)用遙感技術(shù)利用航衛(wèi)片或彩紅外片進行地質(zhì)解譯,結(jié)合野外現(xiàn)場觀察、復(fù)查和檢查查明了許多久拖不決的影響庫岸穩(wěn)定性評價的大型或較大型、塌滑體的數(shù)量,分布及其穩(wěn)定狀態(tài)。
(三)巖溶調(diào)查。利遙感影像,特別是彩紅外影像進行巖溶及巖溶水文地質(zhì)調(diào)查有其特殊的優(yōu)勢,像片解譯不僅能很好地判讀各種巖溶地貌現(xiàn)象,而且還可以充分利用和其它介質(zhì)紅外光譜的差異,判斷地下水的分布和泉水分布等。清江招來河、高壩洲,黃河萬家寨等工程曾利用彩紅外航片解譯來研究巖溶及巖溶滲漏問題,都取到了良好的效果。
(四)中小比例尺地質(zhì)測繪填圖。推廣遙感技術(shù),在保持必須的野外工作量和成圖現(xiàn)場校核工作的前提下,中小比例尺地質(zhì)圖以遙感成圖取代常規(guī)地質(zhì)測繪;建筑物及其它重要地區(qū)大比例尺工程地質(zhì)圖優(yōu)先考慮遙感成圖。這是十年前在全國水利水電勘測工作會議上由水利水電規(guī)劃總院提出的“勘測技術(shù)發(fā)展目標(biāo)”文件所確定的。
(五)巖土工程開挖面地質(zhì)編錄。為適應(yīng)大型水利水電工程施工中進行反饋設(shè)計、安全預(yù)報和存檔備查的需在人工開挖高邊坡、大型地下建筑物和大壩基坑的開挖中采用地面遙感技術(shù),進行地質(zhì)編錄,并為有關(guān)的穩(wěn)定分析和現(xiàn)場預(yù)報提供翔實的地質(zhì)資料和數(shù)據(jù)是很必要的。為此長江勘測技術(shù)研究所在“七五”、“八五”和“九五”科技攻關(guān)中開發(fā)和完善了“高邊坡快速地質(zhì)編錄系統(tǒng)”,并成功地應(yīng)用于長江三峽永久船閘、瀾滄江小灣、清江水布埡等工程的巖質(zhì)高邊坡開挖中的地質(zhì)編錄。該項技術(shù)采用的是數(shù)碼像機攝影,微機現(xiàn)場采集及預(yù)處理,自主開發(fā)的軟件處理可隨時提供巖質(zhì)高邊坡的連續(xù)彩色影像圖和地質(zhì)所需的將邊坡開挖面置于任意方位的線劃圖。
(六)水土保持、防洪與移民安置容量研究。如1994年,長江勘測技術(shù)研究所承擔(dān)的長江上游水土保持重點治理區(qū)滑坡、泥石流發(fā)育程度與穩(wěn)態(tài)區(qū)域研究項目,該項目在研究中利用TM衛(wèi)片對隴南、金沙江下游、三峽庫區(qū)3大片進行解譯與發(fā)育程度的劃分(滑坡分四級,泥石流分五級)作出了區(qū)劃圖,提出了防治意見和預(yù)警系統(tǒng)建立的基本設(shè)想。1990年地礦部航空物探中心與長江委規(guī)劃處、綜勘局一道,開展長江中游干流防洪工程現(xiàn)狀遙感調(diào)查,用TM衛(wèi)片和1∶3萬～1∶5萬彩紅外航片進行解譯和編寫報告,提交的成果獲得了較好的成效。移民安置容量研究,航衛(wèi)片,尤其是彩紅外航片,以其對土地利用類型的可判讀性和現(xiàn)實性,為移民安置容量分析確定提供了新手段。
三、地理信息系統(tǒng)(GIS)
GIS技術(shù)可自動制作平面圖、柱狀圖、剖面圖和等值線圖等工程地質(zhì)圖件,還能處理圖形、圖像、空間數(shù)據(jù)及相應(yīng)的屬性數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫管理、空間分析等問題,將GIS技術(shù)應(yīng)用于工程地質(zhì)信息管理和制圖輸出是近幾年工程地質(zhì)勘察行業(yè)的熱點和發(fā)展趨勢。目前,國內(nèi)應(yīng)用較多且比較成熟的專業(yè)軟件是由中國地質(zhì)大學(xué)開發(fā)研制的MAPGIS,是一種專業(yè)的地理信息系統(tǒng)軟件。
四、工程物探技術(shù)
在我國工程物探雖然起步較晚,但在水利水電工程勘測設(shè)計單位從20世紀(jì)80年代初至90年代初逐漸引進和裝備了一些必要的儀器,如信號增強式地震儀、綜合測井儀、電法儀、透視儀、聲波儀、管線儀、地質(zhì)雷達和鉆孔彩色電視系統(tǒng)等,使物探儀器得到了全面的更新,其中有些是當(dāng)時或至今都是世界水平的新儀器,大大地提高了數(shù)據(jù)采集精度和野外工作效率,促進了物探的發(fā)展。
(一)地球物理層析成像技術(shù)(CT)。CT技術(shù)是利用已有的平洞或鉆孔,通過對采用一定發(fā)射和一定接收方式產(chǎn)生的透射波的采集與處理,反演孔洞間巖體的波速值,并對區(qū)間巖體進行判斷、評價的一種技術(shù)方法。當(dāng)前在勘探孔洞間了解巖體情況尚沒有一個經(jīng)濟的、有效的技術(shù)措施做進一步工作的情況下,CT技術(shù)不失為是一個查明孔洞間巖體總體完整性程度的好方法。做得好,不僅能節(jié)約一定的勘探工作量而且還會對巖體物理力學(xué)性的整評價質(zhì)量的提高有所促進。所以“七五”國家重點科技攻關(guān)以來,包括“八五”和“九五”攻關(guān)幾個涉及水電建設(shè)的項目,涉及水利水電工程地質(zhì)勘探的課題和專題中大多數(shù)都涉及CT技術(shù)攻關(guān)的內(nèi)容,并獲得許多很有成效的成果。
(二)鉆孔彩色電視系統(tǒng)。a53mm的鉆孔彩電是為適應(yīng)水利水電工程勘察的大多數(shù)鉆孔都是a56mm的金剛石鉆孔而設(shè)計制造的;50mm的鉆孔彩色電視是在電子技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)上為適應(yīng)水平風(fēng)鉆孔觀察而設(shè)計制造的,并首次將CCD光電偶合器件應(yīng)用于鉆孔電視。該產(chǎn)品的特點是電路設(shè)計合理,集成度高,性能穩(wěn)定,與傳統(tǒng)的攝像管探頭相比,具有彩色圖像重現(xiàn)性好、幾何失真小、壽命長、耐沖擊、體積小、重量輕、功耗低等特點,是一個更新?lián)Q代產(chǎn)品。當(dāng)前,隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展,鉆孔彩電又在開發(fā)的圖像處理系統(tǒng)基礎(chǔ)上研制出多功能鉆孔彩色電視系統(tǒng),系統(tǒng)采用工控級主機,形成控制器、監(jiān)視器、錄相機三合為一的一體化主機。主機可配接多種不同口徑的鉆孔電視探頭,實現(xiàn)圖像數(shù)字化實時采集壓縮存儲,成果可刻錄成VCD光盤,還可進行后期圖像處理及制作。
參考文獻:
[1]楊連生,水利水電工程地質(zhì)[M].武漢:武漢大學(xué)出版社,2004.
[2]王妙月,勘探地球物理學(xué)[M].北京:地震出版社,2003.
1前言
現(xiàn)有的地理信息系統(tǒng)(GIS)都主要表達二維的地表地物的圖形和屬性信息，要擴展到真三維包含地下地質(zhì)結(jié)構(gòu)的地質(zhì)信息系統(tǒng)還有差距。一個大型地質(zhì)工程項目從可行性研究階段、初步設(shè)計階段到詳細設(shè)計階段，乃至到工程施工與運行階段，往往積累了大量的地質(zhì)資料，用三維模型圖形圖像來表達和解釋如此龐大的資料，比光靠數(shù)據(jù)庫和圖表圖紙等傳統(tǒng)手段來得有效的多。建立工程地質(zhì)體的三維模型，處理巖層界面與結(jié)構(gòu)面組合關(guān)系，逼真反映地下主要地質(zhì)結(jié)構(gòu)全貌，將為工程地質(zhì)工作者分析研究工程地質(zhì)現(xiàn)象和發(fā)現(xiàn)掌握巖土體結(jié)構(gòu)規(guī)律，提供一種嶄新的研究手段和研究方法。
國外三維地質(zhì)建模和可視化研究發(fā)展較快。加拿大阿波羅科技集團公司推出的三維建模與分析軟件MicroLYNX，通過對離散點采樣、鉆探采樣和探槽采樣等空間數(shù)據(jù)的處理，產(chǎn)生剖面、塊和面等模型，確定礦藏分布和等級變化并計算礦藏儲量。加拿大GemcomSoftwareInternationalInc.公司開發(fā)的Gemcom軟件通過鉆孔、點、多邊形等數(shù)據(jù)，利用實用的圖形編輯和生成工具，顯示鉆孔孔位分布，運用不規(guī)則三角網(wǎng)建立表面和實體模型，運用多義線圈閉巖層和礦體邊界進行儲量和品位分析，提供了交互操作功能并允許用戶根據(jù)自己的經(jīng)驗和專家知識勾畫地質(zhì)模型，實現(xiàn)任意剖面切割任意角度觀察和實體與實體或?qū)嶓w與表面的交切與布爾運算等。國外軟件主要是瞄準(zhǔn)采礦工程，能夠較好地滿足采礦工程活動中的礦產(chǎn)資源勘探和評價、地下礦井和露天礦坑設(shè)計和規(guī)劃、礦產(chǎn)資源管理和采礦生產(chǎn)管理等需求。美國Kinetix公司開發(fā)的3DStudioMAX，Alias/Wavefront公司開發(fā)的Maya和微軟公司開發(fā)的Softimage等大眾化的三維建模軟件，在構(gòu)建工業(yè)和建筑模型與動畫制作方面有其獨到之處，但交互查詢的功能較弱，與工程勘測數(shù)據(jù)庫結(jié)合并應(yīng)用于工程地質(zhì)三維建模方面還有較大距離。
張菊明等對風(fēng)化帶分布、多層地層等地質(zhì)信息的可視化和斷層錯斷巖層的表達和顯示的算法[1,2]進行了較為深入的研究，為工程地質(zhì)三維可視化軟件的開發(fā)準(zhǔn)備了數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，并借助AutoCAD平臺實現(xiàn)了復(fù)雜三維地質(zhì)圖形的顯示。國內(nèi)的靈圖VRMap地理信息系統(tǒng)軟件有較強的地形模擬和地表地物的查詢功能，但不是真三維的地質(zhì)建模工具。北京東方泰坦科技有限公司開發(fā)TITAN三維建模軟件，基于框架建模的思想，利用平行或基本平行的剖面數(shù)據(jù)，建立起三維空間復(fù)雜形狀物體的真三維實體模型，但目前只是初步的三維建模與圖形處理的引擎，在面向具體專業(yè)時，需要添加或擴充專業(yè)模塊，比如工程地質(zhì)專業(yè)模塊等。
縱觀國內(nèi)外幾種軟件的研究與開發(fā)現(xiàn)狀，它們?yōu)楣こ痰刭|(zhì)三維建模與可視化打下了很好的技術(shù)基礎(chǔ)，提供了很寶貴的開發(fā)經(jīng)驗。但是，對于工程地質(zhì)專業(yè)的地質(zhì)體建模與可視化分析的針對性不強，不能夠很好地滿足工程地質(zhì)生產(chǎn)與研究的專業(yè)功能需要。因此本文將從分析工程地質(zhì)的三維建模和可視化的關(guān)鍵技術(shù)問題入手，簡單描述作者在工程地質(zhì)三維建模和可視化方面的初步開發(fā)研究成果。
2關(guān)鍵技術(shù)問題分析2.1離散數(shù)據(jù)的插值與擬合
工程地質(zhì)復(fù)雜地質(zhì)體中的各種地質(zhì)信息，包括地表地形、地下水位、地層界面、斷層、節(jié)理、風(fēng)化帶分布、侵入體及各種地球物理、地球化學(xué)、巖土體的物理力學(xué)參數(shù)或數(shù)據(jù)的等值面(線)等，都可以看作是三維空間中的函數(shù)，它們的擬合函數(shù)要根據(jù)實際勘測數(shù)據(jù)建立，實測數(shù)據(jù)越豐富，越能夠真實描繪出這些信息的空間分布規(guī)律。地表地形測量數(shù)據(jù)、地下水位埋深測量信息等的單值曲面圖形生成可歸結(jié)為雙自變量離散數(shù)據(jù)的插值和擬合，多值曲面如倒轉(zhuǎn)褶皺和空間等值面等，則應(yīng)采用多參變量插值等其他一些較復(fù)雜的方法?？臻g曲面插值函數(shù)有以下構(gòu)造方法，如與距離成反比的加權(quán)方法(Shepard方法)，徑向基函數(shù)插值法(Multiquadric方法)[3]，平面彈性理論插值法[1,2]等，它們同樣適用于單個連續(xù)地層界面、地球物理勘探數(shù)據(jù)、地球化學(xué)勘探數(shù)據(jù)以及巖土體物理力學(xué)參數(shù)在地質(zhì)體空間的分布。
2.2三維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
工程地質(zhì)體一般是不規(guī)則形體，在計算機圖形學(xué)中曲線和曲面總是分別通過很多微小直線段和微小三角面逼近來模擬地層巖性界線和巖層曲面，即巖層界面（和地表曲線、地下水位面等地質(zhì)層面界線）和巖層曲面都分別是許多微小直線段和微小三角面的集合。地質(zhì)體三維空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是工程地質(zhì)三維建模和可視化的基礎(chǔ)，這就要求必須具備有效的分層的三維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，能夠確保人機交互和查詢的實現(xiàn)。
2.3曲面求交
地質(zhì)體中存在大量各種層面，當(dāng)出現(xiàn)地層不整合、斷層錯斷巖層、地層尖滅和地下水出露于河谷地表等情形時，就自然會遇到曲面間求交的問題；地質(zhì)體三維模型的上部邊界是地表曲面，通過數(shù)學(xué)方法擬合出的巖層面或地下水位面不應(yīng)超出地表曲面，即超出部分不應(yīng)顯示。同樣的，當(dāng)顯示多層地層時，下面的每一巖層應(yīng)以其上一巖層為邊界。因此，為了可視化地層界面必須要解決地層面與地表、斷層面和其他地層面的求交問題。另一方面，在剖面圖成圖時，地質(zhì)界線的繪制是通過顯示剖面(平面)與各種地質(zhì)界面(曲面)求交所得出的交線。因此曲面求交包括地質(zhì)界面（層面）之間的相交，和地質(zhì)界面與剖面的相交兩類問題。
2.4三維拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分析
從地質(zhì)學(xué)角度看，拓?fù)涫堑刭|(zhì)對象間關(guān)系的表格，拓?fù)浔泶鎯游婚g上覆、下伏和交切(被斷層切割后地層的拓?fù)浔磉_)等的地層學(xué)關(guān)系及地質(zhì)空間位置關(guān)系。拓?fù)湟部梢暈樵试S這些地質(zhì)關(guān)系合理儲存的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。例如，考慮多層地層，上一個巖層的底面和與其相鄰的下一個巖層的頂面是上下巖層這兩個實體的公共部分或共享邊界，它們之間的拓?fù)潢P(guān)系就是相鄰和同一的關(guān)系，在存儲數(shù)據(jù)時只存儲上一個巖層的底面或其相鄰的下一個巖層的頂面，即相鄰巖層的邊界曲面可以存為一個地層曲面，大大減少數(shù)據(jù)存儲量。評價地質(zhì)模型系統(tǒng)的優(yōu)缺點往往決定于描述地質(zhì)對象所用的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)[4]。
2.5可視化技術(shù)
工程地質(zhì)復(fù)雜地質(zhì)體可視化，是利用計算機技術(shù)將工程勘測獲得的數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換為形象直觀的便于進行交互分析的地下地質(zhì)結(jié)構(gòu)空間形態(tài)的立體圖和剖面圖形，其基礎(chǔ)是工程數(shù)據(jù)和測量數(shù)據(jù)的可視化〔5〕。利用可視化技術(shù)可以從龐大的地質(zhì)勘測數(shù)據(jù)中構(gòu)造出地質(zhì)工程中對于邊破穩(wěn)定性和地下硐室變形破壞等起關(guān)鍵作用的巖層和結(jié)構(gòu)面，并顯示其范圍、走向和相互交切關(guān)系，幫助工程地質(zhì)人員對原始數(shù)據(jù)做出正確解釋，繼而為工程地質(zhì)分析具體問題提供決策支持。
3工程地質(zhì)三維可視化技術(shù)的初步開發(fā)與應(yīng)用3.1研究框圖
工程地質(zhì)復(fù)雜地質(zhì)體三維建模與可視化的研究框圖如圖1所示。
基于離散采樣數(shù)據(jù)的插值與擬合的思想，即將離散數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為連續(xù)曲線曲面,工程地質(zhì)復(fù)雜地質(zhì)體三維建模與可視化的過程是，從勘探數(shù)據(jù)庫中提取各種地質(zhì)信息的坐標(biāo)位置及巖土體的物理力學(xué)參數(shù)，通過不同的擬合與插值函數(shù)得到地質(zhì)層面(曲面)和地質(zhì)實體的三維計算機圖形顯示，表達地質(zhì)信息在研究區(qū)域內(nèi)的分布規(guī)律。生成地質(zhì)巖層面和地質(zhì)實體后，實現(xiàn)從任意角度觀察建立的模型，實現(xiàn)根據(jù)指定的剖面走向、傾向和傾角生成垂直剖面。
3.2初步開發(fā)與應(yīng)用3.2.1工程勘測空間數(shù)據(jù)庫管理
在收集整理現(xiàn)場勘測數(shù)據(jù)后錄入金沙江某水電工程勘測空間數(shù)據(jù)庫各分項數(shù)據(jù)表，這些數(shù)據(jù)表不僅包括地質(zhì)信息的位置數(shù)據(jù)，更重要的是提供屬性數(shù)據(jù)。
以地層巖性數(shù)據(jù)表為例，要求錄入鉆孔編號、巖層起始深度、巖層終止深度、層厚、巖性（地層名稱）、地層代碼（地層年代）、巖層走向、巖層傾向、巖層傾角、接觸關(guān)系、地質(zhì)描述等數(shù)據(jù)。隨著工程勘測的進展，能夠方便地修改補充和管理勘測數(shù)據(jù)。圖2是工程勘測數(shù)據(jù)庫中鉆孔地層系統(tǒng)數(shù)據(jù)表的管理界面。
3.2.2三維瀏覽
通過孔口坐標(biāo)和測量數(shù)據(jù)等的離散數(shù)據(jù)的擬合和插值法繪制壩址區(qū)的右岸地表曲面網(wǎng)格（圖3），進而可在三維圖形環(huán)境中進行虛擬現(xiàn)實瀏覽觀察（圖4）。
3.2.3三維地質(zhì)立體圖
利用工程勘測數(shù)據(jù)，建立了壩址區(qū)右岸三維立體地質(zhì)圖。該壩址區(qū)自上而下地層巖性組合為：第四系崩坡堆積物，侏羅系泥巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖，三疊系上統(tǒng)厚至巨厚層狀細至中粒砂巖，三疊系上統(tǒng)薄至中厚層狀粉細紗巖、粉砂巖，三疊系上統(tǒng)中厚至厚層狀中粗砂巖。通過有限的工程勘測數(shù)據(jù)得出的立體圖，能夠較好地滿足工程地質(zhì)的精度。圖5表達了該壩址區(qū)右岸三維地質(zhì)圖。
3.2.4三維可視化查詢
通過圖形與工程勘測數(shù)據(jù)庫中的屬性數(shù)據(jù)的鏈接，實現(xiàn)可視化查詢地層巖性和其他工程地質(zhì)信息，最終完成向三維地質(zhì)信息系統(tǒng)的轉(zhuǎn)變。圖6是一簡單的被斷層錯斷的水平多層地層模型，通過模型的每個地層實體名稱與數(shù)據(jù)表中的巖石名稱字段對應(yīng)鏈接，能夠查詢地層的巖性，地質(zhì)年代，起止深度和地質(zhì)描述等工程地質(zhì)人員關(guān)心的地質(zhì)信息。
4結(jié)論
(1)運用先進的可視化技術(shù)與交互圖形技術(shù)建立數(shù)據(jù)庫，存儲和管理現(xiàn)場勘探實測和試驗數(shù)據(jù)，建立工程地質(zhì)體的三維模型，工程地質(zhì)工作者可隨著勘察或研究工作的不斷深入細致，對研究(工作)區(qū)域隨時補充信息來自動顯示地質(zhì)信息在研究(工作)區(qū)域內(nèi)的分布，從而不斷提高模型精度，并且利用模型反饋回來的信息及時發(fā)現(xiàn)已有勘察工作中的不足，從而及時修改勘察或研究工作方案，指導(dǎo)下一步勘探或研究工作的實施。
(2)工程地質(zhì)三維建模與可視化的深入研究，可以充分利用已有現(xiàn)場勘探實測或試驗數(shù)據(jù)，達到節(jié)約投資減少勘察或研究成本的目的。當(dāng)現(xiàn)場勘探和試驗數(shù)據(jù)資料不足情況下，通過對已有數(shù)據(jù)的插值與擬合到建立三維模型，可以推斷和預(yù)測未知區(qū)域或研究較少區(qū)域的地質(zhì)信息或巖土體物理力學(xué)參數(shù)的分布趨勢，從而為減少勘探工作量提供科學(xué)的可靠的依據(jù)，達到節(jié)約花費，為生產(chǎn)或研究部門產(chǎn)生直接經(jīng)濟效益的目的。
(3)工程地質(zhì)巖土體是復(fù)雜的不規(guī)則形體，存在各種地質(zhì)巖性層面、結(jié)構(gòu)面以及各種空間分布的地質(zhì)與力學(xué)信息，完全表達地質(zhì)信息的空間分布及巖層和結(jié)構(gòu)面間的位置關(guān)系，工程地質(zhì)三維建模與可視化研究是大有作為的。
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2工程地質(zhì)勘察信息
集成化的前提應(yīng)是信息化。實現(xiàn)系統(tǒng)集成化的途徑就是要以信息為紐帶，通過信息的傳遞和作用，貫穿勘察整個周期。因此，信息的組織和管理在集成化中起著關(guān)鍵作用。一般工程地質(zhì)信息包含的內(nèi)容是多方面的。就鐵路工程地質(zhì)勘察而言，按工序可分為前期信息、中期信息和后期信息。前期信息多為指定性和任務(wù)性信息，包括勘察大綱、各種勘探點事前指導(dǎo)書(任務(wù)書)、巖土水試樣試驗委托書等;中期信息一般為中間成果信息和過程信息，有勘探點成果圖表、野外調(diào)查的觀測點表、巖土水試驗報告、物探報告等;后期信息以成果文件為主，含工程地質(zhì)平面圖、工程地質(zhì)縱斷面圖、各種類型的匯總表、計算表單、各類工程勘察報告或說明、工程地質(zhì)勘察總說明等?？傊畔⑹铸嬰s也十分多樣化。集成化的目的就是為了信息的有效利用、有效管理。為了達到集成化，就必須實現(xiàn)鐵路工程地質(zhì)勘察過程信息化，信息化的前提顯然就是信息必須存儲。因此，首先著重考慮了各期信息存儲的方式和內(nèi)容、信息傳遞途徑以及信息作用的方式。
2.1信息存儲
工程地質(zhì)勘察有關(guān)信息類型無外乎有3種:文本型信息、數(shù)值型信息和圖形信息。不同信息存儲的格式和目的有所不同。而且實際工作中，需要將不同類型信息整合在一張表上，如勘探事前指導(dǎo)書，既含文本型信息，如技術(shù)要求，又有數(shù)值型信息，如孔深、里程、坐標(biāo);觀測點表和巖心鑒定表中既含文本信息，如地層描述，又含圖形信息，如素描圖和巖心柱狀圖。
2.1.1文本型信息
文本型信息包括word、excel及txt格式文件，多是一些描述性和說明性的信息，它必須與其他數(shù)值型和圖形信息一起使用才有意義。存儲的目的主要是便于以后查詢、瀏覽以及與其他信息合并組成一種規(guī)定的格式，以便整體輸出。
2.1.2數(shù)值型信息
數(shù)值型信息主要包括數(shù)字、術(shù)語、符號和excel格式文件，這類信息用途最廣。存儲的目的是為了后期查詢、核對、糾錯、調(diào)用、匯總、統(tǒng)計、計算時方便調(diào)用。哪些信息需要按數(shù)值型信息存儲是根據(jù)后期需要來確定的。
2.1.3圖形信息
圖形信息包括照片、CAD圖等。存儲的目的是為了后期調(diào)用、修改，同時也為了與數(shù)值型信息和文本型信息有關(guān)聯(lián)性，如一張照片的里程位置，CAD圖中所涉及的勘探信息、計算結(jié)果等。
2.2信息傳遞
各部分相互間的聯(lián)系就是通過信息傳遞來完成的。信息傳遞既有單向的，又有雙向的。需要信息傳遞的內(nèi)容均設(shè)為單獨字段。單向傳遞的多為文本信息，如描述性的內(nèi)容;雙向傳遞的多為數(shù)值型信息，如里程、坐標(biāo)、試驗數(shù)據(jù)等。圖形信息既有單向的，如平面圖中的符號、小柱狀圖等;也有雙向的，斷面圖中的靜探分層等。單向信息傳遞按工作流程設(shè)計，其目的就是為了簡化人工干預(yù)、提高工作效率和準(zhǔn)確性，為此，可以設(shè)置信息字段的繼承性、遞增性，避免重復(fù)輸入。雙向傳遞是根據(jù)后期信息結(jié)果反饋給前期信息庫進行核對和修改，然后再返回到后期信息。如砂土的定名、黏性土的稠度、粉土的密實程度和潮濕程度等，野外定名和試驗室定名有時不一致，就需要根據(jù)試驗室定名來修改野外定名，即根據(jù)試驗室定名自動修改前期相應(yīng)字段內(nèi)容。平面圖勘察點的里程、坐標(biāo)換算、順號、換號等也是信息雙向傳遞的典型例子。
2.3信息作用
信息作用和信息傳遞是分不開的。大部分字段都是根據(jù)信息作用設(shè)置的，如鉆探事前指導(dǎo)書中設(shè)定孔深、是否取樣等為單獨字段，就是為了實際完成后進行核對是否按指導(dǎo)書要求的孔深進行，是否進行了取樣。信息的主要作用反映在后期信息處理上，如統(tǒng)計、匯總、滑坡計算、沉降計算、濕陷計算、節(jié)理統(tǒng)計、赤平投影等。
3系統(tǒng)介紹
3.1系統(tǒng)概述
系統(tǒng)建設(shè)的目標(biāo)是建立和鐵路勘察工作業(yè)務(wù)流程相符合的工程地質(zhì)信息管理與應(yīng)用系統(tǒng)，以數(shù)據(jù)管理為核心，包含野外勘察、資料整理、資料提交等內(nèi)容，實現(xiàn)項目內(nèi)數(shù)據(jù)庫管理、平面圖編輯、斷面圖編輯、統(tǒng)計分析、計算評價、專業(yè)接口等功能，使系統(tǒng)實現(xiàn)集成化、信息化和智能化，提高工作效率和工作質(zhì)量。
3.2系統(tǒng)功能架構(gòu)
本系統(tǒng)包括了工程地質(zhì)勘察所需的大部分功能，從數(shù)據(jù)錄入到提交相關(guān)專業(yè)的數(shù)據(jù)接口，都在本系統(tǒng)內(nèi)完成。為保證與項目有關(guān)的內(nèi)容都能方便管理和查詢利用，系統(tǒng)設(shè)計時就按上節(jié)討論的信息內(nèi)容依據(jù)不同的目的和用途放入數(shù)據(jù)庫中進行管理?；诩苫目紤]，本系統(tǒng)主要包含了項目管理、數(shù)據(jù)錄入、數(shù)據(jù)管理、平面圖編輯、斷面圖編輯、計算分析、統(tǒng)計匯總、輔助工具、出圖管理、接口管理等模塊組成(圖2)。其中的計算分析工具也將大部分常用的工程地質(zhì)計算方法，如赤平投影圖，納入到系統(tǒng)中，以便充分利用數(shù)據(jù)庫進行有關(guān)分析計算(圖3)。
3.3系統(tǒng)集成特點
3.3.1勘察管理功能的集成
(1)項目管理系統(tǒng)實現(xiàn)對項目內(nèi)的信息按勘察設(shè)計階段、勘察起始時間、勘察分段、方案勘察進行分類管理，具體的應(yīng)用都是在方案下進行的。同時考慮了其他項目資料、其他段落資料、其他方案資料的引用管理。也考慮了不同段落、不同人員、不同方案下資料的歸并管理。通過各種項目管理方式，可以實現(xiàn)一條鐵路線的工程地質(zhì)勘察信息一體化，方便勘察信息的歸檔管理。該系統(tǒng)的項目管理方式也是類似軟件中首次使用。(2)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)基本將整個勘察過程中發(fā)生的所有資料進入數(shù)據(jù)庫并進行有效的管理，數(shù)據(jù)庫包括了現(xiàn)場信息數(shù)據(jù)庫、勘察點數(shù)據(jù)庫、土工試驗數(shù)據(jù)庫、設(shè)計文件數(shù)據(jù)庫、工點資料數(shù)據(jù)庫、平面圖和斷面圖數(shù)據(jù)庫等。值得一提的是，系統(tǒng)首次將現(xiàn)場管理、內(nèi)業(yè)資料整理、分析計算、統(tǒng)計匯總、出圖管理、數(shù)據(jù)接口等進行了集成。實現(xiàn)了對野外勘察工作中有關(guān)工序文件的管理，包括鉆探事前指導(dǎo)書、試坑事前指導(dǎo)書、原位測試事前指導(dǎo)書、物探事前指導(dǎo)書、土巖水試驗委托書等;實現(xiàn)了各種圖的圖紙選擇、自動分頁、批量出圖的管理。
系統(tǒng)中設(shè)計圖形編輯的內(nèi)容很多，包括巖芯鑒定表、原位測試成果表、觀測點表、平面圖、斷面圖、剖面圖等。前兩種在自主平臺上實現(xiàn)圖形編輯和生成，徹底避免了過去在AutoCAD下出圖順序難調(diào)、批量出圖困難的缺點，也方便了資料的順序歸檔。觀測點因編輯量較大，主要依托AutoCAD進行編輯，然后依靠系統(tǒng)生成pdf圖，實現(xiàn)批量生成和出圖。平面圖和斷面圖編輯主要是利用AutoCAD功能，充分利用勘察點數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)圖形的部分內(nèi)容自動填繪，圖上查詢數(shù)據(jù)庫，智能連層，并到達斷面圖接口數(shù)據(jù)生成的目的。總之，圖形編輯的集成是信息化的基礎(chǔ)上進行的，是靠信息的傳遞實現(xiàn)了圖與數(shù)據(jù)庫的有效串通。
3.3.3分析工具的集成
分析工具由計算、統(tǒng)計、匯總、分析四部分組成。計算包括滑坡計算、地基沉降計算、樁基計算、黃土濕陷計算、液化判定、鹽漬土計算等功能，后三種能實現(xiàn)成批計算，并將計算結(jié)果放入相應(yīng)勘探點數(shù)據(jù)庫，以便后期統(tǒng)計、匯總。統(tǒng)計有工作量統(tǒng)計、節(jié)理統(tǒng)計、地基土的物理力學(xué)參數(shù)統(tǒng)計等。分析主要為赤平投影圖。
3.3.4專業(yè)協(xié)作功能的集成
(1)與勘探和土工試驗的協(xié)作勘探包括鉆探、試坑、原位測試等內(nèi)容?？碧阶鳂I(yè)人員可以只錄入最原始的數(shù)據(jù)，后期由地質(zhì)人員根據(jù)需要進行整理，這樣就保證了數(shù)據(jù)的真實性，也方便了在此基礎(chǔ)上的二次分析整理。更重要的是提供了各種勘探成果圖表的生成和輸出功能。地質(zhì)人員可根據(jù)實際需要，調(diào)整靜探分層位置，重新計算各層參數(shù)等。系統(tǒng)明確了土工試驗數(shù)據(jù)的接口標(biāo)準(zhǔn)，依據(jù)試驗結(jié)果，自動對勘探數(shù)據(jù)進行校核。依據(jù)事前指導(dǎo)書和試驗委托書，對勘探取樣數(shù)量和質(zhì)量進行比對，以方便地質(zhì)人員監(jiān)控勘探質(zhì)量。(2)與上、下游專業(yè)的協(xié)作系統(tǒng)提供了對其他專業(yè)提供圖紙的一系列數(shù)字化處理功能，從而使地質(zhì)專業(yè)在同一張圖紙上進行本專業(yè)的工作，并確保空間上的統(tǒng)一。同時，隨著上游專業(yè)圖形的變動而變動，如線路方案的調(diào)整引起的各種地質(zhì)內(nèi)容里程的變化。地質(zhì)專業(yè)產(chǎn)生的成果提交給其他專業(yè)時，同時提交標(biāo)準(zhǔn)格式的數(shù)據(jù)接口文件。
3.3.5行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的集成
鐵路工程地質(zhì)勘察不僅要執(zhí)行鐵路行業(yè)制定的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，而且還要針對改移公路、房屋建筑執(zhí)行公路行業(yè)和工民建地基勘察相應(yīng)的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。因此，本系統(tǒng)在基礎(chǔ)數(shù)據(jù)錄入、圖形的生成也一并進行了考慮，用戶使用時根據(jù)需要選擇即可，無需再用其他軟件完成。最重要的是實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的共用。
3.3.6系統(tǒng)設(shè)置的模板化
模板化也是系統(tǒng)集成化的一種體現(xiàn)。本系統(tǒng)秉承系統(tǒng)設(shè)置模板化的先進做法，把一些通用的圖表、符號設(shè)置為標(biāo)準(zhǔn)模板，集成在系統(tǒng)中，使整個系統(tǒng)圖表輸出和符號標(biāo)注保持統(tǒng)一，也為用戶個性修改提供了條件。如巖芯鑒定表，試坑鑒定表，原位測試成果表，各種統(tǒng)計匯總表，地層時代符號標(biāo)注、各種計算表單等，用戶可以根據(jù)自己的需要設(shè)置編輯，而不用再修改程序代碼。
3.3.7功能實現(xiàn)的靈活性
長大鐵路線的工程地質(zhì)勘察，會遇到各種各樣的問題，即使同一類問題因條件不一樣也會出現(xiàn)不同的情況，要求采取不同的解決方式。如果有線路的中線數(shù)據(jù)和斷鏈數(shù)據(jù)，在圖下即可完成坐標(biāo)里程換算;如果沒有中線數(shù)據(jù)，則可利用CAD圖進行。平面圖上的地質(zhì)小柱狀圖填繪既可人機交互完成，也可利用既有勘探資料自動生成。地質(zhì)產(chǎn)狀既能人機交互標(biāo)注，也能讀數(shù)據(jù)庫自動解決。最具特色的就是在系統(tǒng)的任何位置都可很方便地查詢到勘察數(shù)據(jù)中的內(nèi)容。
3.3.8輔助工具的集成自然界地層種類繁多，因工程目的，命名和表示方式也不盡相同，系統(tǒng)不可能開發(fā)出所有地層花紋、地層時代成因符號、巖性符號、地質(zhì)線型、不良地質(zhì)和特殊巖土符號等。本系統(tǒng)以集成輔助工具的方式有效地解決了系統(tǒng)符號、線型、花紋不足的問題。這也是同類軟件中的首創(chuàng)。
3.3.9對BIM技術(shù)的支持隨著BIM技術(shù)在各個領(lǐng)域的持續(xù)走紅，近年來鐵路行業(yè)也在大力推廣BIM技術(shù)的應(yīng)用。作為最重要的基礎(chǔ)信息，鐵路工程地質(zhì)信息模型的建立也勢在必行。本系統(tǒng)為實現(xiàn)鐵路工程地質(zhì)信息模型建立已經(jīng)打下了堅實的基礎(chǔ)，其龐大的數(shù)據(jù)庫為模型建立提供了強有力的支撐，信息化的二維斷面圖為模型信息的傳遞提供了有力的幫助。一旦三維地質(zhì)建模技術(shù)成熟，將具備快速建立地質(zhì)BIM模型的能力。
4應(yīng)用實例
本系統(tǒng)不僅已在多個鐵路項目中得到應(yīng)用，而且還在公路項目勘察中發(fā)揮了巨大作用，尤其是系統(tǒng)中的里程、坐標(biāo)換算，自動順號、統(tǒng)計匯總、計算等使地質(zhì)人員從繁瑣的數(shù)字處理中解脫出來，極大地提高了工作效率。下面以西安至銅川城際鐵路可研勘察為主，介紹系統(tǒng)使用效果。西安至銅川城際鐵路長110km左右，可研階段的項目管理結(jié)構(gòu)如圖4所示。由圖4中可以看出，項目管理是以設(shè)計階段為一個完整周期考慮的。這樣考慮的原因是鐵路工程地質(zhì)勘察涉及的數(shù)據(jù)量非常巨大，如果將各個勘察階段放在一個庫里管理，會影響計算機處理速度，甚至無法啟動。可研(初測)階段就劃分為一個段落，主要有3個方案，每個方案下包括從任務(wù)下達到資料提交整個周期內(nèi)的各種勘察內(nèi)容。所以，勘察數(shù)據(jù)是以方案為依托進行管理的，所有勘察信息都是基于線路方案進行存儲和管理的。圖4項目管理結(jié)構(gòu)西銅城際鐵路從西安北客站引出，與鄭西、大西客運專線鐵路并行幾公里后跨渭河北上。所以，需要大量引用鄭西、大西客運專線的勘察資料。本系統(tǒng)導(dǎo)入其他線路勘察資料功能就提供了很大的方便，使我們順利地將鄭西、大西客運專線勘察資料導(dǎo)入到西銅城際鐵路勘察數(shù)據(jù)庫中。大量的鉆孔、靜力觸探、試坑等勘探任務(wù)都是通過該系統(tǒng)直接生成下達，基本是一氣呵成，并存入系統(tǒng)，后期很方便地查閱。觀測點、鉆探、試坑、靜力觸探等輸入基本符合規(guī)范要求和單位工作習(xí)慣，重復(fù)內(nèi)容的繼承性和遞增性極大地減少了操作人員的工作量，尤其是自主平臺的成果圖表輸出更是克服了過去不能成批完成的缺點，最重要的是可以人為控制排列順序，使輸出按用戶要求的順序完成，大大降低了工作強度，提高了工作質(zhì)量。此外，分離出來的一些內(nèi)容，如黏性土的塑性狀態(tài)、粉土的密實程度和潮濕程度、砂土及碎石類的潮濕程度和密實程度、巖石的層理產(chǎn)狀和節(jié)理產(chǎn)狀，以及濕陷性、液化判定結(jié)果等都為后期信息的分析、計算提供了必要條件。西安至銅川城際鐵路主要走行于黃土塬上，黃土濕陷是其遇到的主要工程地質(zhì)問題，所以，針對大批量的濕陷計算，該系統(tǒng)只一鍵完成鐵路工程地質(zhì)勘察最為繁瑣的是各種勘察點和地質(zhì)產(chǎn)狀的標(biāo)注。本系統(tǒng)充分發(fā)揮了集成化的優(yōu)勢，一鍵完成從數(shù)據(jù)庫調(diào)用勘察點、地質(zhì)產(chǎn)狀，并自動按坐標(biāo)標(biāo)注到平圖上。同時完成順號、里程計算等回饋到數(shù)據(jù)庫。僅此一項，提高工作效率達70%以上。此外，本系統(tǒng)在廣西資興高速公路詳勘項目的應(yīng)用也集中體現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)集成的好處。資興高速公路全長82km，詳勘加上利用的初勘資料共計有1200多個鉆探、500余個觀測點、100多個試坑、千余張照片，涉及的工程有500多個橋、隧道、路基工點等。系統(tǒng)對此都進行了有效管理，實現(xiàn)了里程坐標(biāo)換算、編號順號、紙上布孔、平面圖勘察點及產(chǎn)狀標(biāo)注、斷面圖勘探點標(biāo)注、工作量統(tǒng)計等自動化。實現(xiàn)了各種地質(zhì)符號標(biāo)注、斷面圖地層連層及標(biāo)注等的智能化。節(jié)理統(tǒng)計和赤平投影的功能為地質(zhì)人員分析巖體穩(wěn)定性提供了有力的幫助，極大地提高了工作效率和質(zhì)量。在此公路上的應(yīng)用也充分說明了該系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)集成的成功。
2.系統(tǒng)模塊基本操作地質(zhì)信息管理系統(tǒng)由數(shù)據(jù)庫、錄入、成果輸出、系統(tǒng)、程序等5個模塊組成，每個模塊內(nèi)包含數(shù)量不等的圖標(biāo)命令，具體功能設(shè)計上既服從實際地質(zhì)工作流程、也打破了專業(yè)分工的制約。數(shù)據(jù)庫：包括連接、在線/離線兩個圖標(biāo)命令，前者定義登錄方式，即在線登錄中心數(shù)據(jù)庫還是離線登錄本機數(shù)據(jù)庫；后者定義數(shù)據(jù)傳遞方式，即在線上傳到服務(wù)器端、還是離線從其他離線數(shù)據(jù)庫導(dǎo)入。錄入：包括工程、工程階段、和工程部位三個圖標(biāo)，分別用于創(chuàng)建新的工程、選擇工程階段、和創(chuàng)建新的工程部位，構(gòu)成數(shù)據(jù)管理器的目錄和骨架。成果輸出：該系統(tǒng)可以輸出常用圖件及表格，鉆孔柱狀圖、節(jié)理統(tǒng)計圖、鉆孔平硐坑井統(tǒng)計表格等。系統(tǒng)：包括參數(shù)定義、角色管理、用戶管理三個圖標(biāo)，其中的參數(shù)定義是對每個工程的相關(guān)術(shù)語進行統(tǒng)一定義與管理，比如，同一地層的名稱必須唯一，由授權(quán)用戶定義，無權(quán)限的用戶只能選擇定義的結(jié)果。角色管理包括創(chuàng)建新角色、選擇現(xiàn)有角色編輯和刪除角色，根據(jù)流程創(chuàng)建或選擇一個角色并授權(quán)其應(yīng)具備的權(quán)限；用戶管理包括創(chuàng)建新用戶、選擇一個用戶進行編輯、刪除、鎖定或者解鎖用戶以及修改當(dāng)前用戶密碼，在編輯一個用戶時，可以分配其角色并賦予相應(yīng)工程的操作權(quán)限，一個用戶也可以擁有多個不同的“角色”。程序：窗口管理和退出系統(tǒng)，前者通過進行界面右側(cè)瀏覽器的顯示/隱藏設(shè)置，顧名思義，后者是退出數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。其中系統(tǒng)模塊所包括的角色管理和用戶管理是對不同用戶數(shù)據(jù)庫操作權(quán)限進行管理，該系統(tǒng)在在線工作模式下可以實現(xiàn)角色管理和用戶管理兩項權(quán)限管理功能，對不同用戶的操作權(quán)限進行控制。
3.角色管理根據(jù)實際工程需要由系統(tǒng)管理員創(chuàng)建角色，也可以對已經(jīng)存在的角色進行編輯或刪除等操作，不同角色具有不同數(shù)據(jù)庫操作權(quán)限，管理員通過配置這個權(quán)限，控制其訪問功能菜單的行為。角色管理采用流程式操作，用戶根據(jù)需要可以勾選任意一個選項，但允許用戶（管理員）進行的操作方式存在差別。在對話框中可以對已有的角色名稱和描述進行修改，還可以在表單管理界面對訪問權(quán)限進行設(shè)置。目前該信息管理系統(tǒng)包含基本信息、鉆孔數(shù)據(jù)、平硐數(shù)據(jù)、地質(zhì)點數(shù)據(jù)、測試數(shù)據(jù)物探數(shù)據(jù)、地應(yīng)力、文件管理和系統(tǒng)設(shè)置共九個表單文件，鑒于數(shù)據(jù)庫涉及到多個專業(yè)方向，如物探、地質(zhì)、測試等，具有角色管理權(quán)限的用戶可以通過對用戶設(shè)置專業(yè)需要的表單并賦予相應(yīng)的只讀、讀寫和拒絕訪問的權(quán)限實現(xiàn)不同專業(yè)的不同用戶的數(shù)據(jù)庫操作權(quán)限。用戶管理系統(tǒng)管理員可以在用戶管理中創(chuàng)建一個新用戶、選擇一個用戶編輯、刪除和鎖定/解鎖用戶以及修改當(dāng)前用戶密碼等操作。在用戶管理中選擇一個用戶賦予相應(yīng)的角色，給予該用戶可操作的工程。此外，用戶還有一定的工程訪問權(quán)限，管理員可以通過配置用戶的工程控制其訪問工程的行為。當(dāng)用戶需要在線使用中心數(shù)據(jù)庫，需要對用戶設(shè)置一定的權(quán)限，程序通過添加和編輯角色等功能實現(xiàn)。
2地質(zhì)勘查工程施工成本控制工作的原則
2.1遵循全員成本控制原則。地質(zhì)勘查工程施工的過程中，有多個部門和大量工作人員的參與，如果只是依靠地質(zhì)勘查管理人員進行成本控制工作，是無法實現(xiàn)最終的降低成本的目標(biāo)的。因此，必須使地質(zhì)勘查工作中的各個部門及每一位職員都充分意識到節(jié)約工程施工成本的重要意義，從而使各部門及職員能夠自覺地為工程施工節(jié)約成本。只有實現(xiàn)了全員成本控制，才能夠使控制工程施工成本的目標(biāo)得以實現(xiàn)。
2.2遵循全過程成本控制原則。地質(zhì)勘查工程的全過程中，包括工程項目的準(zhǔn)備、工程施工以及后期檢驗等多個環(huán)節(jié)，在每一個環(huán)節(jié)中，都需要大量的人力消耗和資金的支出，地質(zhì)勘查工程的施工成本就是出自于這個過程中的各個環(huán)節(jié)中。如果只是注重某一環(huán)節(jié)的成本控制，那么其他環(huán)節(jié)中的資金支持很有可能出現(xiàn)超出預(yù)算的情況，整體來看，并未能達到理想的成本控制的效果。因此，地質(zhì)勘查工程施工的成本控制必須貫穿整個過程，在保證施工每一個環(huán)節(jié)正常進行的前提之下，均衡地控制施工成本，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)成本控制，也更有利于對施工質(zhì)量的整體把握。防止因返工而再次投入更多成本。
2.3遵循成本目標(biāo)風(fēng)險分擔(dān)的原則。在地質(zhì)勘查工程施工的整個過程中，要達到更好的成本控制效果，必須明確不同崗位職員的職責(zé)。將整個工程施工的成本控制目標(biāo)分解為多個小的目標(biāo)，并為各個職員制定相應(yīng)的工作指標(biāo)。在這種情況下，每位職員的責(zé)任就非常明確了。并且不會因為多位職員責(zé)任重復(fù)而出現(xiàn)相互推卸責(zé)任的情況。在這種情況下，每位職員都會為了完成自己的工作指標(biāo)而付出自己的精力，從而從工程施工的每一個階段節(jié)約成本。
2.4遵循開源與節(jié)流并行的原則。地質(zhì)勘查工程中，需要耗費大量的資金，只有不斷地拓寬融資渠道，為工程施工獲取更多的資金支持，才能夠保證工程施工的正常進行，使工程施工的過程中有足夠的資金進行周轉(zhuǎn)，從而避免因資金短缺而降低質(zhì)量或延誤工期，只有在擁有足夠資金的基礎(chǔ)上，才能實現(xiàn)成本控制。而節(jié)約資金則是進行成本控制的另一種方式，在地質(zhì)勘查工程施工過程中，可以通過不斷提高勘查技術(shù)，聘用具有豐富經(jīng)驗的專業(yè)人員、優(yōu)化地質(zhì)勘查設(shè)備等多種方法來減少施工中的資金支出，從根本上達到成本控制的效果。
3地質(zhì)勘查工程施工成本控制工作的具體方法
3.1從成本支出目標(biāo)進行控制。首先，是人工費用的控制，地質(zhì)勘查企業(yè)在工程施工之前，應(yīng)當(dāng)根據(jù)勘查工作人員的不同類型、專業(yè)素質(zhì)等進行合理的安排，通過合理配置人力資源來節(jié)約成本。其次，則是要控制施工材料的費用，一方面，購置質(zhì)優(yōu)價廉的施工材料，選擇最為適合施工環(huán)境的材料，且購置數(shù)量應(yīng)當(dāng)合理，避免不足或過量。另一方面則是要控制施工過程中材料的使用量，避免浪費材料。再次，則是要控制施工設(shè)備的費用支出，根據(jù)施工現(xiàn)場的具體情況采用合適的施工設(shè)備，減少機械設(shè)備的磨損，節(jié)約檢修費用。最后，則是控制施工現(xiàn)場支出費用，從施工現(xiàn)場的各個部分中節(jié)約資金。
3.2從減少資源消耗方面進行控制。在地質(zhì)勘查工程施工之前，應(yīng)當(dāng)根據(jù)施工現(xiàn)場的具體情況，制定合理的施工計劃，這個計劃中包括對各類資源的消耗的預(yù)計，在施工過程中提供基本的依據(jù)。其次，則是要制定科學(xué)嚴(yán)格的施工方案，根據(jù)該方案，合理配置人力資源、機械設(shè)備、施工材料等，進行有計劃地施工，保證施工過程安然有序，從而減少意外狀況而造成的成本增加。最后，則是要權(quán)衡施工整體價值，對施工方案進行優(yōu)化，以達到更好的成本控制效果。
3.3利用施工網(wǎng)絡(luò)圖進行成本控制。第一步是要根據(jù)地質(zhì)勘查工程施工時間做出工程施工網(wǎng)絡(luò)圖，并指出其中最重要的施工路線，再根據(jù)這些施工路線，尋找最為適合通過縮短施工時間而節(jié)約成本的方案。第二步，則是要對一些并存的施工路線進行分析，找出幾條路線中相同的施工工序，并優(yōu)先完成這些工序，從而一次性縮短多個施工時間。通過對施工網(wǎng)絡(luò)圖的優(yōu)化，得出最終的施工路線，就能夠通過縮短工期來節(jié)約成本。
3.4成本贏得值控制。運用成本贏得值的方法來控制地質(zhì)勘查工程施工的成本，則是將施工的工程量用貨幣量來代替。使得較為復(fù)雜的工程量轉(zhuǎn)變?yōu)檩^為直觀的貨幣量，對于指導(dǎo)工程施工過程中各個環(huán)節(jié)的成本控制有著更為高效的作用。贏得值中包含三個基本值，一是計劃累計成本額，二是完成投資額，三是實際成本額。三個基本值可以較為明確直觀地表達出施工過程中的成本量，對于控制施工成本有著極大的作用。
1.2水文地質(zhì)勘查中的評價分析。通過獲得建筑工程現(xiàn)場的水文地質(zhì)資料之后，還應(yīng)該對水文地質(zhì)勘查資料進行評價分析。水文地質(zhì)勘查中的評價分析內(nèi)容主要包括以下幾個方面：其一，對地下水對建筑工程設(shè)計與施工的作用和影響進行重點評價，這樣才能夠?qū)τ绊懡ㄖこ淘O(shè)計和施工的危害因素進行提前預(yù)測，并采取相應(yīng)的措施進行處理；其二，建筑工程勘查中的水文地質(zhì)勘察應(yīng)該和建筑的地基設(shè)計進行結(jié)合，為建筑工程的地基設(shè)計和施工提供可靠的水文地質(zhì)資料；其三，水文地質(zhì)勘查中除了應(yīng)該對地下水的狀況以及對建筑工程的影響進行勘察，同時還應(yīng)該對人為活動下對地下水的影響以及地下水變化對建筑工程施工的影響狀況進行評價；其四，從建筑工程施工角度來看，根據(jù)地下水對建筑工程的作用與影響，找出不同地下水條件的同時，還應(yīng)該進行重點評價，例如對于基礎(chǔ)埋在地下水位之下的建筑工程來說，重點評價水對建筑物基礎(chǔ)部位的鋼筋、混凝土的腐蝕性；對于巖土作為建筑物基礎(chǔ)的建筑工程項目，應(yīng)該重點對地下水活動導(dǎo)致的巖土漲縮、崩解、軟化等作用進行評價；對于地基基礎(chǔ)壓縮層中存在粉土、粉細砂、松散的狀況時，應(yīng)該重點對流砂、腐蝕以及管涌等現(xiàn)象發(fā)生的幾率進行評價；對于需要在地下水位以下進行基礎(chǔ)施工的建筑工程項目，應(yīng)該進行對應(yīng)的富水性試驗或者滲透性試驗，對降水造成的邊坡不穩(wěn)定、土體沉降以及其他問題對建筑工程施工可能造成的影響。
1.3測量建筑工程施工現(xiàn)場地形。在對建筑工程施工現(xiàn)場的地形進行測量的過程中，應(yīng)該采用全國通用的坐標(biāo)系統(tǒng)以及國家最新的高程基準(zhǔn)點，如果建筑工程所在地并沒有通用的坐標(biāo)系統(tǒng)以及相關(guān)的高程基準(zhǔn)點，應(yīng)該利用全球定位系統(tǒng)，為建筑工程建設(shè)創(chuàng)設(shè)獨立的坐標(biāo)系統(tǒng)，保證建筑工程建設(shè)人員能夠獲得準(zhǔn)確的測量數(shù)據(jù)信息。在對建筑工程現(xiàn)場進行測量的過程中，還應(yīng)該對定位儀的類型、定位時間、定位程序以及測量精度等進行詳細、全面的說明，對于測量的精度，應(yīng)該根據(jù)相關(guān)的規(guī)定，滿足建筑工程設(shè)計和施工的實際要求，對于不同的比例尺勘查剖面，應(yīng)該采用實測剖面。
1.4地質(zhì)填圖。在進行地質(zhì)填圖的過程中，應(yīng)該保證填圖的精準(zhǔn)度滿足同比例尺的地質(zhì)測量規(guī)范，將比例尺作為地質(zhì)觀察的基礎(chǔ)，如果是對于大比例的地質(zhì)填圖，地質(zhì)填圖的目的在于為建筑工程勘察、設(shè)計以及施工服務(wù)。因此，在選擇比例尺的過程中，應(yīng)該根據(jù)建筑工程的實際狀況，以不同勘查階段的具體要求、工程的規(guī)模、地質(zhì)復(fù)雜程度等狀況為基礎(chǔ)，在設(shè)置地質(zhì)勘查點時，應(yīng)該把地質(zhì)勘查點設(shè)置在界線或者具有特殊意義的地方，當(dāng)?shù)刭|(zhì)勘查點布置完成之后，還應(yīng)該將地質(zhì)填圖展示在合適的儀器中，由專門的水文地質(zhì)勘查工作人員根據(jù)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范對地質(zhì)填圖進行分析。對于專門水文地質(zhì)的物理學(xué)性質(zhì)測定，還應(yīng)該根據(jù)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范進行，以此保證測定結(jié)果和地質(zhì)填圖的可靠性與真實性。
