艰险山区铁路“天空地井”综合勘察技术

研究目的:西部艰险山区受地形、气候及复杂地质情况的影响,制约了铁路勘察精度,以往的研究仅仅是天空地技术的简单组合,对于方法的综合应用论述不够,本研究基于西部山区铁路勘察的关键问题与实际需求,提出融合地质体时空演化过程识别的四维勘察体系,旨在为西部山区铁路勘察领域的科学研究和勘察工作提供参考。研究结论:(1)构建了一套“天空地井”的四维勘察体系,将传统的现状勘察提升为地质体灾变演化勘察;(2)详细阐述了不同地质问题下“天空地井”技术组合原则;(3)采用“天空地井”融合勘察技术将大大提高西部山区岩性、构造、地质灾害、深部地质特征的勘察精度,该技术可广泛应用于复杂艰险山区铁路勘察中。     

复杂山区铁路“空天地内信”勘察技术研究

研究目的:伴随我国西部大开发、"一带一路"、"高铁走出去"等重大工程战略的深入推进,我国西南部以及跨境长大区域复杂山区环境下的各类轨道交通项目越来越多。为应对复杂山区铁路工程勘察技术挑战,获取更加详细的勘察信息和资料成果,提高山区铁路勘察工作效率和精度,构建"空天地内信"综合勘察技术体系,并研究不同勘察手段的适用条件、优缺点,为同类工程建设提供技术支持。研究结论:(1)提出了"空天地内信"一体化综合勘察技术体系,构建了更加系统的复杂山区勘察解决方案:"空""天""地""内""信"不同勘察方法的技术要点和适用条件各有侧重;(2)提出了"空天地内信"一体化综合勘察工作流程,满足山区铁路勘察需求;(3)结合铁路工程不同类型工点的勘察要求,提出有针对性的勘察方法;(4)"空天地内信"一体化综合勘察方法,可广泛应用于艰险复杂山区铁路勘察,并可拓展至公路、民建等工程项目中。     

广域电磁法在深埋隧道勘察中的应用研究

研究目的:广域电磁法是一种适应艰险复杂山区勘察并满足工程勘察精度要求的大深度勘察方法,本文通过对广域电磁法基本原理和特点的分析,并通过九天山隧道多测线的勘察应用以及与音频大地电磁法和大地电磁法的成果对比,旨在研究广域电磁法在艰险复杂山区深埋隧道勘察中的效果。研究结论:(1)广域电磁法在本次勘察中,有效深度达到2. 8 km,完全满足大深度隧道勘察的需要;(2)本次工作最大发射电流达到20 A,对地形和地表不均匀体产生的静态效应进行了较好的压制;(3)通过和大地电磁法(MT)以及音频大地电磁法(AMT)的对比,浅部信息比AMT丰富,深部信息比MT丰富,纵向分辨率提高很多,可以实现大深度隧道全范围的精细化勘察;(4)广域电磁法有效进行了地层的精细化划分,推断了构造位置与倾向,提示了软弱风险区,适用于艰险复杂山区深埋隧道地质勘察。     

遥感技术在蒙华铁路地质勘察中的应用研究

研究目的:蒙西至华中地区铁路通道工程浩勒报吉至三门峡段风沙、煤窑采空、黄土滑坡、崩塌等不良地质发育,同时沿线地貌类型复杂,沟壑纵横,大范围地面调绘工作开展困难。为优化地质调绘方法,提高不良地质勘察效率和质量,研究利用遥感判释技术进行沿线不良地质勘察。研究结论:(1)研究采用高分辨率遥感和三维遥感技术相结合的方法,进行沿线不良地质遥感判释,查明了沿线不良地质分布特征;(2)划分出沿线毛乌苏沙漠区风沙分布特征,识别出煤窑采空分布范围,判释出270余处黄土滑坡和崩塌,判释准确率高于85%;(3)高分辨率遥感和三维遥感技术的综合应用可满足多类型不良地质勘察的需要,为地质选线提供了直接参考;(4)该研究成果可应用于艰险山区长大线路工程不良地质勘察工作。     

无人机LiDAR技术在山区铁路测绘中的应用

复杂山区铁路建设项目中,所涉及的区域一般自然环境恶劣,地形条件复杂,传统测绘手段难以获取满足设计精度要求的测绘资料。结合我国西部高海拔山区的某铁路勘测项目,根据工作区域、地形地貌等特点,提出基于北斗高精度区域定位的旋翼无人机多载荷仿地飞行方案,获取测区有效范围内高密度、高精度、高质量激光点云数据以及数码高清影像等数据资料,再对数据进行试验加工处理,形成各类测绘产品,满足勘察设计各专业对测绘资料精度需求,同时系统总结了适用于高海拔复杂地形、大高差、高寒缺氧等特殊环境下的无人机LiDAR测绘作业模式与技术手段,包括载荷性能指标、飞行航线指标、飞行平台指标、采集参数设置、内业数据处理详细步骤等。研究表明,在高海拔复杂山区作业环境下,充分利用无人机LiDAR机动灵活、环境适应能力强、数据精度高、仿地飞行等优势,可作为传统卫星影像测量、航空摄影测量等勘测技术的有效补充,在铁路勘察小范围精细化地形图制作、中线测量中具有得天独厚的优势,可以解决高海拔复杂山区铁路测绘难题。     

无人机倾斜摄影技术在铁路行业的应用研究

随着以无人机为飞行平台、搭载高精度传感器的倾斜摄影技术日益成熟,大量倾斜摄影项目应运而生。在铁路行业,无人机倾斜摄影技术从带状地形图、断面图的生成到实景三维模型的制作都展现出巨大的应用前景。本文深入研究无人机倾斜摄影的原理和特点,分析倾斜摄影技术在铁路勘察设计、施工建造、运营管理不同阶段的应用,并对该技术目前存在的问题进行探讨。     

多源遥感技术在艰险山区铁路地质勘察中应用

研究目的:随着我国铁路建设重心向中西部转移,艰险山区铁路明显增多。针对某山区铁路工程地质勘察需求,研究采用多光谱遥感、热红外遥感、雷达遥感、高分辨率遥感和三维遥感相结合的综合判释方法,开展沿线断层、高地温、滑坡、崩塌、泥石流、不稳定斜坡、岩屑坡、冰川融蚀等地质问题的解译工作。研究结论:(1)利用多光谱遥感、雷达遥感相结合的方法,解译沿线断层500余条,基本查明了构造分布特征;利用高分三维遥感技术,解译各类不良地质150余处,为重要工点方案比选提供了参考;(2)分析了该线断层、崩塌、滑坡、泥石流等不良地质,以及冰川融蚀、岩屑坡等冰缘地貌的遥感解译标志特征,并提出了需要进一步开展的遥感工作内容;(3)本研究成果可应用于艰险山区铁路工程地质勘察及设计选线。     

高铁复杂岩溶“空天地”一体化综合勘察技术

研究目的:为提高复杂岩溶区高速铁路的勘察效率和精细度,本文通过分析总结岩溶区"空""天""地"类勘察技术的适用条件、常规勘察技术优缺点以及新型勘察技术应用特点,从而提出各类岩溶区以及各勘察阶段岩溶综合勘察技术组合原则,进而构建复杂岩溶区高速铁路工程"空天地"一体化综合勘察成套技术体系。研究结论:(1)"空""天""地"三大类勘察技术各有其技术特征及适用范围;(2)我国岩溶区分为高原岩溶区、过渡带岩溶区和岩溶化平原区三大类型,应根据所在岩溶区的地质特征和主要岩溶问题,针对具体的工程型式选择相应的勘察技术手段加以组合,开展综合勘察;(3)铁路工程地质各勘察阶段应根据不同工程类型分别组合勘察技术,形成综合勘察模式;(4)构建的"空天地"一体化综合勘察成套技术体系可解决艰险山区复杂岩溶勘察难度大、效率低、精细度差等难题,广泛应用于各类复杂岩溶区高速铁路的综合勘察过程中。     

基于“3S”集成技术的铁路调查新方法研究

云贵川藏等山区铁路项目地形地质条件复杂,自然条件恶劣,用传统的调查方法效率低,风险高,难度大,适用性差,局部艰险地段调查精度无法满足设计要求。通过分析应用"3S"集成技术软硬件的优势,总结出一种新的调查方法,以应对艰险复杂山区铁路调查过程中面临的问题。本文首先阐述了奥维互动地图及无人机等具有"3S"集成技术的数字化软件、新型移动终端的特点及其优势,然后总结了调查新方法的流程体系,结合项目应用实例加以说明,最后与常规调查方法进行对比分析,得出了研究结论:基于"3S"集成技术的调查新方法具有精度高、效率高、风险低、适用性强等特点,能够有效解决复杂艰险铁路调查过程中面临的问题,可以在川藏等艰险山区铁路调查过程中推广应用。     

艰险山区路基工程施工风险分析

研究目的:为实现对路基工程施工风险的动态评估,以西南艰险山区特殊环境中的路基工程为研究主体,提出一种基于动态权重—二维云模型的路基工程施工风险评估模型。研究结论:(1)基于一般路基施工存在的风险影响因素,考虑艰险山区复杂的地质环境和路基工程施工的特征,构建了艰险山区路基工程施工风险评估体系,并以路基工程施工实时反馈的动态风险信息为基准,利用动态权重模型为指标赋权;(2)以风险概率和风险损失为基础变量构建了风险评估的二维云模型,并以成贵铁路兴文至毕节段的某段路基工程为例,用该模型评估其施工的风险情况,同时借助MATLAB绘制风险云图直观反映风险程度,最后通过计算贴近度确定风险等级,以确保评估结果的准确性;(3)研究结果表明：艰险山区路基施工的风险主要源于自然和地质风险以及由其造成的材料设备和施工技术风险;(4)本文研究可为艰险山区路基施工风险预防及控制提供参考。     

金塘海底隧道工程地质综合勘察技术研究

甬舟铁路金塘海底隧道水下地形及海况复杂，具有高水压、长距离穿越软硬不均土岩复合地层和深厚第四系松软地层等地质特点，其工程建设标准高、规模大、工程风险高，对勘察精度要求高。为实现土岩复合地层的精细化勘察、准确获取海底地层参数和提高测试试验精度等目的，采用海上测绘、物探、机动钻探、静力触探及岩土测试与试验等综合勘察手段，详细查明了隧址区工程地质与水文地质特征，对海底盾构隧道的综合勘察技术进行探索研究。研究结果表明，基于短基线定位系统的侧扫声呐技术可显著提高海底地形测量精度；多道三维地震反射物探技术可实现复杂海域软硬不均土岩复合地层、基岩弱风化面起伏大及构造发育等复杂工程地质的精细化勘察，其丰富的三维物探数据可实现高效、高精度三维地质表达，为综合地质分析与勘探优化布置提供依据；利用自升式海上勘探作业平台，验证了静力触探技术对海域第四系地层勘探的适应性和参数获取的可靠性；宜根据海域环境、勘探测试需求等，优势互补选取海上勘探作业平台。     

山区铁路隧道超长定向钻探关键技术研究

研究目的:山区铁路地形地质条件极为复杂多变,工程地质问题突出且隐蔽性强,加之交通不便,人迹罕至,陡倾岩层分布范围广,生态环境脆弱,环境保护要求高,钻探是最直接、最准确、最有效的隧道工程勘察方法,传统的铁路隧道竖向钻探实施困难,导致隧道长大段落勘探资料空白,严重制约勘察设计工作,亟待开展铁路隧道超长定向钻探技术,特别是超千米水平孔绳索取心定向钻探关键技术研究。研究结论:(1)超长水平孔绳索取心定向钻探是一种不提升钻杆柱而由钻杆内捞取岩心的先进钻进方法,是复杂艰险山区长大深埋铁路隧道勘察的关键技术;(2)通过开展定向钻探方法与技术、装备及器具、绿色工程材料研究,构建了铁路隧道超长水平孔绳索取心定向钻探技术体系;(3)建立了铁路隧道超长水平孔绳索取心定向钻探方法及流程,创造了中国铁路勘察史上最长水平孔钻探纪录1 888.88 m;(4)本文研究的超长水平孔绳索取心定向钻探技术在新时代“西部大开发”、“交通强国”战略、“一带一路”建设中具有广阔的应用前景。     

LIDAR在地质灾害调查与监测中的应用研究

研究目的:山区铁路、公路工程项目建设中,进行不良地质调查是工程地质勘察的重要内容之一,目的是确定线路附近不良地质的分布范围、规模大小及其对工程危害和影响大小。传统的辅以航、卫片解译的人工调查方法存在工作量大、周期长、效率低、精度低和安全隐患大等不足,难以满足对工程建设质量、安全和效率要求不断提高的需要。通过利用激光雷达对不良地质进行扫描,快速获取其三维信息,确定不良地质规模、空间位置分布范围和发展趋势等,为工程地质勘察提供较准确的地质资料。研究结论:(1)利用激光雷达数据生成的DEM不同角度的山体阴影图能精确表达微地貌形态,有利于地质灾害的识别;(2)借助激光雷达坡度影像、正射影像等,可以进行滑坡、崩塌及地面沉降等不良地质的边界圈定;(3)利用不同期次的激光雷达数据可以进行边坡变形和地面沉降动态监测;(4)该技术有效地用于铁路、公路工程地质勘察中的不良地质调查和监测,具有实时性、动态性和主动性特点,克服了传统人工调查方法的不足,有效提高了工程地质勘察效率。     

数据融合技术在铁路地质遥感判释中的应用研究

判释效果。为提高地质遥感判释的精度和质量,本文探讨数据融合技术在地质遥感判释中的应用。研究结论:(1)采用多源数据融合技术进行地质遥感判释,可提高不良地质判释的准确度;(2)二维和三维遥感判释相结合,可实现不良地质由定性到定量的判释和分析;(3)今后应加强遥感与物探等勘察手段的融合应用研究,拓宽地质遥感判释的应用范围。     

桂北山区花岗岩差异风化特征及勘察方法研究

研究目的:桂北山区花岗岩分布较广,抗风化能力差且有较大差异性,当各类工程在花岗岩风化层中通过时,受差异风化、风化球发育影响,土石类别、施工方法、设计的防护措施存在较大变化,施工中存在安全隐患,对工程造价影响巨大,如何做好花岗岩地区花岗岩的不均匀风化的勘察及影响因素研究工作,对工程建设具有重要意义。该地区某公路沿线广泛分布花岗岩,采用综合勘察手段和方法,查明花岗岩的分布特征,分析研究花岗岩差异风化的影响因素,是工程设计和施工的基础。研究结论:(1)桂北山区花岗岩的差异风化受各种因素的综合影响,且这些因素是相互作用、相互影响的;(2)采用综合勘察方法,能够查明花岗岩风化层的变化情况,获得准确的地质资料;(3)各种勘察手段相辅相成,相互印证,合理安排勘察次序,科学地进行分析、统计、研究,能够准确划分花岗岩风化特征分区,使复杂的地质问题简单化、条理化,为设计施工提供翔实可靠的基础资料;(4)该研究成果对花岗岩具有差异风化特点地区的公路、铁路等工程的勘察、设计具有借鉴意义。     

综合勘察与分析法在某特大桥中的应用研究

研究目的:某特大桥位于构造缝合带,断裂发育、地震烈度高、地质条件极为复杂,岸坡稳定性、危岩、崩塌、落石等重大地质问题突出。“地”类勘察方法具有直观性强、精度高的特点,但受场区气候恶劣、海拔高、高差大、地势陡峭等因素影响,在某特大桥艰险地段实施难度大、安全风险高;两岸临江侧地形陡峭,无法开展地面勘察。针对桥址区环境特点及地质条件,需要引进新技术与地面手段相结合形成新型综合勘察与分析技术,以查明桥址区工程地质及水文地质条件,尤其是岸坡稳定性分析所需的岩体结构面、边坡卸荷带特征。研究结论:(1)采用“天空地”一体化的综合勘察方法解决了某特大桥现场众多勘察难题;(2)“天”类、“空”类、“地”类勘察成果吻合性好;(3)综合勘察与分析方法可以提高复杂地形、地质条件下的勘察精度和准确度;(4)综合勘察与分析方法在某特大桥中得到了应用与验证,可以在类似桥梁工程中推广应用。     

“无人机+”测绘技术在铁路工程汇报展示中的应用

现有铁路工程方案汇报多采用二维平面图及三维动画模拟的方式,存在二维平面图展示要素不够直观,三维动画模拟制作过程复杂、比例易失真、无地理精度等问题。为解决以上问题,研究融合"无人机+"的铁路工程方案汇报展示方法及流程:在工程相应阶段,利用无人机搭载不同传感器获取线路方案实景视频、数码相片、倾斜摄影影像等多源数据,再基于DOM与DEM三维渲染、视频与二三维模型融合、倾斜建模处理与三维GIS平台管理技术处理,得到相应的铁路工程汇报展示产品,包括铁路工程AR三维基础场景、视频融合模型的VR产品、以及实景三维模型等。通过项目试验,研究不同展示方法在铁路工程竞标、勘察设计阶段的表现效果、制作成本、制作周期和应用策略等指标。研究表明,相较于传统铁路工程方案汇报展示方法,"无人机+"测绘技术展示效果更直观,能有效解决比例失真、无地理精度等问题。     

Ⅰ类轻型无人机在铁路地质勘察中的应用与展望

在分析探讨国内无人机飞行法律法规的基础上,将Ⅰ类轻型无人机应用于广湛高铁的遥感地质勘察中,降低野外地质人员的安全风险,提高勘察精度和工作效率。研究表明:(1)Ⅰ类轻型无人机具有无须申请空域、培训费用低、费效比高等特点,其购置培训成本仅为Ⅱ类专业级无人机的9.8%～29.5%;(2)Ⅰ类轻型无人机能够满足中低山地区大中型不良地质体的遥感勘察任务,有助于进一步推进"空天地一体化"勘察手段的普及和应用;(3)建立"高低搭配、合成高效"的三级无人机梯队,能够实现对各类不良地质体遥感解译的全覆盖和高费效比。     

三维激光扫描技术在铁路危岩落石勘测中的应用

铁路沿线的危岩落石区,大多山体陡峭,地质环境复杂,勘察工作难度大,危险性高,传统的勘察方法无法完成。三维激光扫描技术的出现,以其高精度、远距离非接触测量、高效等优势弥补了传统危岩落石勘测方法的缺点。探讨如何应用三维激光扫描技术对危岩落石区进行扫描,快速获取危岩落石的三维信息,从而确定其空间位置、大小、规模、分布范围并分析其稳定性。     

煤层采空区铁路工程地质综合勘察技术研究

研究目的:在高速铁路、客运专线和铁路路网配套建设中,线路经过地段往往难以绕避一些时间久远、分布无规律且地面痕迹不明显的小煤窑等古老采空区。此类采空区对铁路建筑物的危害极大,如何准确地查明其空间位置、塌落、回填和充水情况、残留的有害气体成分和分布情况等,一直是困扰铁路工程地质勘察的一大难题。本文以赣龙复线铁路小密隧道出口段为工程实例,采用综合勘察技术查明采空区复杂的工程地质条件,取得合理的岩土参数,为采空区加固处理设计提供可靠依据。研究结论:(1)采用地质调绘、综合物探、结合必要的地质钻探、综合测试,并通过综合分析、研究等综合勘察技术可准确查明采空区复杂的工程地质条件,取得合理的岩土参数;(2)小密隧道施工已近四年,经施工验证,采空区地质勘察成果与实际地质条件相当吻合;(3)提出了铁路工程采空区综合勘察存在的问题和相关建议;(4)本研究结论可为类似采空区工程地质勘察提供一定的指导和参考。