铁路隧道超前地质预报信息化管理系统研究.pdf
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1、2023年第4期技术研究技术研究铁路隧道超前地质预报信息化管理系统研究张坤1,2,王栋1(1.中铁第一勘察设计院集团有限公司,陕西 西安 710043;2.中国铁建BIM工程实验室,陕西 西安 710043)摘要:根据隧道超前地质预报工作信息化管理要求及业务需求,研发铁路隧道超前地质预报信息化管理系统,实现对超前地质预报工作流程、内容、质量等全过程管控;系统包括单项超前地质预报成果和综合超前地质预报成果的管理与分析、临近及延误提醒、地质风险预警等功能,实现地质预报信息在隧道工程建设参建各方的实时共享。该系统在西安银川高铁、西安十堰高铁、西安延安高铁等多条长大干线中进行应用,实现了隧道超前地质预
2、报成果共享和参建各方对预报工作的高效管控,提高了超前地质预报工作的信息化程度,缩短预报成果流转时间,满足预报成果的时效性要求。关键词:铁路隧道;超前地质预报;单项预报;综合预报;信息化管理系统中图分类号:U452 文献标识码:A 文章编号:1672-061X(2023)04-0018-06DOI:10.19550/j.issn.1672-061x.2023.02.25.0010 引言隧道在施工过程中,时常出现坍塌、涌水、突泥等现象,在部分长大深埋隧道中,也可能存在高地应力、高地温等现象,这些潜在的地质灾害极大影响了隧道施工安全,给施工人员造成极大的安全隐患1-3。在铁路隧道施工过程中,超前地质
3、预报工作就显得十分必要。超前地质预报工作是在分析既有地质资料的基础上,采用地质调查、物探、地质超前钻探、超前导坑等手段,对隧道开挖工作面前方的工程地质与水文地质条件及不良地质体的工程性质、位置、产状、规模等进行探测、分析判释及预报,并提出技术措施建议以保证隧道施工安全4-5。超前预报方法主要包括单项预报和综合预报,综合预报是在获取单项超前地质预报成果的基础中,将地质素描成果与各类物探成果进行综合对比,剔除异常数据,最终形成合理可靠的综合预报成果。国内外许多学者对综合预报方法开展了大量研究,主要思路就是利用数学的方法将定性指标转换为定量指标再进行综合判定6-8。基金项目:成都市重点研发计划课题(
4、2021-XT00-00001-GX)第一作者:张坤(1984),男,高级工程师。E-mail:182023年第4期技术研究技术研究传统的超前地质预报工作主要以线下形式开展,预报周期长,施工信息无法同步,可能存在漏报、误报等情况,整体预报准确度和效率较低,难以满足现在隧道施工精准高效过程管控的要求。在信息化实施引导方面,2018年起中国国家铁路集团有限公司(简称国铁集团)发布了多项关于开展超前地质预报信息化工作的指导意见9,主要目的是在全路建设项目中开展超前地质预报信息化工作。在超前地质预报信息化工作的顶层设计下,结合中铁第一勘察设计院集团有限公司业务需求,研发了铁路工程超前地质预报信息化管理
5、系统,实现对超前地质预报工作的全过程信息化管控,进一步提高预报工作效率和准确度。目前铁路、公路、水利等各行业都在开展隧道超前地质预报的信息化建设,将地质预报的信息化建设作为提升预报质量和预报效率的必要手段10-12。铁路行业,由中国铁道科学研究院集团有限公司(简称铁科院集团公司)研发的铁路工程一体化管理平台,实现了对全路工程施工的信息化管理,其中包括超前地质预报管理模块,实现对全路在建项目的地质预报成果管理。中国铁路设计集团有限公司、中铁二院工程集团有限责任公司、中铁第四勘察设计院集团有限公司等设计单位根据自身预报工作特点,开展了各自的超前地质预报信息系统研发,根据铁路工程一体化管理平台数据接
6、口约定,实现预报数据的无缝衔接。1 超前地质预报信息化管理系统需求针对预报参与各方协同工作困难、预报工作信息化程度低等问题,研发隧道超前地质预报信息化管理系统,实现与施工信息同步、多个单项预报成果管理、综合预报分析与判定、预报及延误提醒、风险预警等功能,并将系统成果数据上传至铁路工程一体化管理平台,最终实现建设方、设计方、监理方、施工方及预报方等多家单位的高效协同和成果共享。详细需求如下:(1)实现预报单位对超前地质预报工作流程、内容、质量等全过程管控,达到成果的可追溯性。(2)实现预报单位对任务安排、预报成果、灾害预警等环节的上通下达与及时准确。(3)实现超前地质预报信息在各参加方、各级人员
7、中充分共享,同时按权限实现成果的流转审批。(4)明确各单项超前地质预报填报要求及数据标准,研究综合预报方法。(5)参考相关技术标准,约束围岩级别和岩、土、水体物理力学状态之间的联动关系,规避人为错误产生的预报风险。(6)统一预报成果审批流程,实现资料提交、审批、临近作业提醒、预警发布等功能,缩短预报成果流转时间,提供预报成果的时效性。2 系统研发基本思路与功能模块2.1系统整体框架系统采用SOA面向服务架构,主要利用的是前后端分离技术。前端采用HTML+CSS+JavaScript的静态网页技术,后端采用开源数据库MySQL进行数据存储。前端通过AJAX技术(WebAPI)调用后端的业务接口,
8、接口数据结构使用JSON实现。采用前后端分离技术,使得技术和业务更加专注,开发效率明显提高,后续也有利于系统的快速升级和改造。2.2系统研发思路超前地质预报信息化管理系统的研发思路以数据流转为主线,首先从铁路工程一体化管理平台配置基础信息,其次开展单项预报信息的填报和综合预报分析,并将审核后的成果发布至铁路工程一体化管理平台。如果存在地质风险,需进行灾害预警。基本数据流程见图1。2.3功能模块设计(1)系统功能。实现对项目信息和人员信息的统一管理,同时包括用户登录、安全退出、系统配置等功能。(2)设计信息管理。将勘察设计阶段形成的隧道超前地质预报设计信息及指导文件上传至超前地质预报信息化管理系
9、统进行统一管理,主要包括:超前地质预报设计方案、实施细则、围岩信息、地质纵断面成果等。(3)数据接口管理。根据铁科院集团公司铁路工程一体化管理平台数据接口规定,实现对超前地质预192023年第4期技术研究技术研究报成果的上传,包括单项成果、综合成果及地质风险预警信息;实现对隧道施工信息的下载及同步,包括隧道信息、人员信息及掌子面里程信息等。(4)单项预报成果管理。实现对超前地质预报素描法、物探法、钻探法等11项单项成果的录入、编辑、删除、查看等功能,实现单项预报成果的一级审核。(5)综合预报成果管理。实现对超前地质预报综合成果的录入、编辑、删除、查看等功能,实现综合预报成果的一级审核。(6)临
10、近及延误提醒。实现对预报方案临近和延误的提醒,根据掌子面的开挖进度,当下一次预报方法临近时,系统主动提醒预报人员准备超前地质预报工作,防止发生漏报。当产生预报延误时需进行延误提醒,补充延误说明,经过内部审核后,将延误说明上传至铁路工程一体化管理平台。根据超前地质预报规范设置各种预报方法的搭接长度,提供临近提前量的手动设置功能。(7)预警提醒。实现对综合预报成果的风险等级进行预警提醒,根据铁路工程一体化管理平台要求,提供完整的预警提醒,闭合填报流程。(8)权限管理。根据铁路工程一体化管理平台数据上传下载要求,实现对超前地质预报系统用户的角色和权限设置。根据用户角色赋予不同的业务权限,保证复杂预报
11、工作的有序开展。3 系统功能研发3.1登录及导航页该模块主要包括:登录界面、导航页面、操作页面,体现企业元素和时间元素。工程树导航功能,快速完成项目标段、工程、工点等三级设置。根据用户权限隔离不同项目、不同标段数据。待办事项作业管理,关注核心工作。系统首页采用树状结构对隧道掌子面进行管理。系统隧道工程的划分主要与铁路工程一体化管理平台中工点划分基本保持一致8,按照“项目标段隧道工点”4 个层级进行管理,隧道工点划分见图2。3.2单项预报该模块按照国铁集团工程管理平台数据接口的内容及数据格式研发,可完全满足国铁集团对超前地质预报数据采集的要求,同时满足Q/CR 92172015铁路隧道超前地质预
12、报技术规程相关要求。单项预报成果包括:掌子面地质素描、电磁波反射、地震波反射、加深炮孔、超前水平钻探、水平声波剖面、陆地声纳、高分辨直流电、瞬变电磁、洞身素描、地表补充调查,共计11种预报方法。以掌子面素描预报方法为例,说明单项预报过程。图2隧道工点划分掌子面地质素描人员信息工程信息登录隧道超前地质预报信息化管理系统录入单项预报成果基础信息配置地震波反射预报电磁波发射预报超前水平钻预报加深炮孔预报隧道洞身素描其他方法瞬变电磁预报开展综合分析,形成综合预报成果审核成果发布铁路工程一体化平台安全退出不通过通过信息同步设计信息图1基本数据流程202023年第4期技术研究技术研究首先,按预报方法对单项
13、成果的人员信息、地质信息、仪器设备信息、预报风险信息、采集和处理信息等基础信息录入并同步至大平台;其次,填报审核,预报数据录入完成后,经审核通过才可上传发送至大平台和各方单位,杜绝人为原因导致的成果数据不严谨、不合格;最后,填报数据应满足大平台对预报数据的对接要求,各种预报成果单项报告可供各方下载、查阅。掌子面素描成果填报界面主要分为以下6个部分:(1)人员信息,主要从大平台下载;(2)位置信息,里程必须手动输入;(3)基础信息,开挖工法相关内容;(4)掌子面岩性选择,包括岩体和土体相关参数录入信息及围岩判断信息;(5)附件上传;(6)分段成果信息添加。掌子面素描单项预报方法中包括了围岩分级判
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