隧道施工地质超前预报工作方法分析

靳 川

中铁二十局集团第二工程有限公司 北京市 100000

【摘 要】在我国的基本建设中，隧道工程已经占据了极为重要的位置，由于隧道受地形条件和技术水平等因素的制约，隧道施工工程备受关注，对隧道施工的超前地质预报也成为了隧道施工中不可缺少的部分。

【关键词】隧道；地质超前预报；方法

隧道地质超前预报工作作为施工重要组成部分，在隧道工程建设中得到了广泛的重视，并已在许多隧道工程招标文件中有明确要求且在施工中实施，但不容忽视的是片面强调并强行规定使用某一种物探设备进行施工地质超前预报、忽视隧道施工期地质工作的现象仍普遍存在，对隧道施工地质超前预报工作方法仍然缺乏足够的认识，这样，不利于提高隧道施工地质预报的水平和准确性。

1.地质超前预报的内容

（1）不良地质及灾害地质预报：预报掌子面前方15 ～ 100 m 范围内有无突水、突泥、坍塌、有害气体等灾害地质，查明其范围、规模和性质，并对其提出施工措施意见。

（2）断层及其破碎带的预报：主要预报断层的位置、宽度、产状、性质、充填物的状态，是否为充水断层，并判断其稳定性程度，提出施工对策。

（3）水文地质预报：预报洞内涌水量大小及其变化规律，并评价其对环境地质、水文地质的影响。

（4）围岩类别及其稳定性的预报：预报开挖面前方的围岩类别与设计是否吻合，并判断其稳定性，随时提出修改设计，调整支护类型，确定二次衬砌时间的意见，报专家组审批。

（5）查明并预测隧道内有害气体含量、成分及动态变化。

（6）查明并预测膨胀岩的膨胀力、膨胀量及主要矿物成分，为工程防治提供可靠依据。

2.地质超前预报方法

地质超前预报可采用地质调查法、超前钻探法、物探法和超前导坑预报法，各预报方法应包括下列内容：

（1）地质调查法：包括隧道地表补充地质调查、洞内开挖工作面地质素描和洞身地質素描、地层分界线及构造线地下和地表相关性分析、地质作图等。

（2）超前钻探法：包括超前地质钻探、加深炮孔探测及孔内摄影。

（3）物探法：弹性波反射法、地震波反射法（探测距离：在软弱破碎地层或岩溶发育区，一般预报距离100 m 左右，不宜超过150 m；在岩体完整的硬质岩地层，预报距离120～180m，不宜超过200 m）、水平声波剖面法和陆地声纳法（探测距离：在软弱破碎地层或岩溶发育区，一般预报距离20～50m，不宜超过70 m；在岩体完整的硬质岩地层，预报距离50～70 m，不宜超过100 m）、负视速度法（探测距离：在软弱破碎地层或岩溶发育区，一般预报距离30～50 m，不宜超过70 m；在岩体完整的硬质岩地层，预报距离50～80 m，不宜超过100m）等。

（4）电磁波反射法：地质雷达、红外探测、高分辨直流电法等。

（5）超前导坑预报法：包括平行超前导坑法、正洞超前导坑法等。

3.隧道施工中不良地质超前预报方法分析

3.1常规预报法

3.1.1地质法地质超前预报

地质法隧道地质超前预报主要根据隧道内外地质调查结果和隧道施工掌子面地质条件调查结果，如岩体结构面产状及发育状况、岩体破碎程度、岩石的变质程度等的变化特征，通过地质作图及构造相关性分析，由地面构造产关推测隧道穿越深度位置的出露位置，由掌子面岩体结构面产状及发育状况、岩体破碎程度、岩石的变质程度等变化特征推测掌子面前方可能出现的构造及其性质，进行超前预报。主要预报隧道掌子面前方存在的断层、不同岩类间的接触界面，特别是火成岩与沉积岩间的接触界面、隧道前方围岩的稳定性及失稳破坏形式等。通过分析其走向、分布高程、坡度及其与隧道平面空间关系调查高预测隧道施工可能遇到的隧道施工揭穿造成的涌水和坍方。

3.1.2超前导坑（平行导坑）法

采用超前平行导坑或隧道进行隧道地质超前预报，应做好以下工作：超前平行隧道或导坑施工所遇地质情况记录；必要的测试试验（岩石、体声速测试和岩石强度试验等）；地质作图。主要是隧道穿越地层分布及产状、岩性、构造分布及产状、不良地质体带分布、特殊地层分布、涌水及坍方点分布等的平面展示；按超前平行导坑或超前平行隧道与施工隧道的平面关系，根据既有隧道或超前平行导坑或超前隧道施工所遇地质情况，通过计算、相关性分析，推测隧道装饰遇到的地质情况。

3.1.3超前水平钻孔预报法

这一预报方法是将钻机设备移入隧道之内，按照水平方向钻进，根据钻机钻进的速度测试、岩芯采取率、强度鉴定等数据，来推断隧道掌子面前方的岩层节理构造、岩体的地形构造等大概情况，隧道施工人员可以对这些检测数据进行分析，如：对岩芯采取率的鉴定，如果岩芯采取率低，则表明有裂隙在形成和发育；如果岩芯采取率高，则表示岩体没有裂缝，完整性良好，完成地质超前预报。但是，这种超前水平钻孔预报方法也有其局限性，即往往出现隧道施工中，由于这种方法的“一孔之见”而导致不良地质体的漏报，使之无法准确预报复杂的地质地形条件，对隧道掌子面前方的小断层及与轴线平行的断面也无法进行准确预测，还有待于更多的探索和实践应用。

3.2地球物理超前预报方法

利用声波，超声波、地震波及电磁波在地层中传播、反射，通过信号采集系统接收反射信息号，判释隧道掌子面前方反射界面（断层、软弱夹层等）距隧道掌子面的距离来进行隧道施工期地质超前预报。它以地质介质的导电性质、导热性质等的不同差异为物理基础，有其适用的范围和优劣特性，主要有以下几种：

3.2.1地震波反射超前预报法

这种方法包括TSP203预报法，它是采用回声测量原理，从震源点激发地震波，隧道内部遇到岩体则会产生阻抗界面，其地震波的反射信号被高灵敏度的地震三分量检波器接收，从而在软件的评估和分析下，完成对隧道施工的超前地质预报。它尤其适宜于具有弹性差异的地质体，但是对于含水的地质体无法进行识别，是其主要缺陷。

3.2.2地质雷达超前预报法

这种方法由于对含水地质体比较敏感，因而可以用于对隧道前方含水地质体的辨识和定位。它是借助于电磁波的原理，将高频宽带短脉冲发射入隧道前方地层中，前方的不良地质体对其进行反射，从而推断出隧道前方不良地质体的深度和形状等特征，完成超前地质预报。

3.2.3瞬变电磁超前预报方法

它也可以对含水地质不良体进行准确预报，它是采用磁性源，向隧道前方的地质体发射一次场，再由低阻目标感应涡流产生二次场，根据时间和距离的探测，得知隧道前方的地质条件，完成超前预报功能。

3.2.4隧道核磁共振超前预报法

这种超前预报方法是运用了核磁感应和能级跃迁的观点，探测隧道前方含水地质体中水的氢质子的弛豫特性而产生核磁共振现象，实现隧道前方的含水地质体的水体定位和预报功能。目前，已在我国的施工中得以成功应用和推广。另外，还有一些隧道施工地质超前预报方法，诸如：隧道激发极化技术、单孔定向雷达技术、地震波探水技术等，还需要我们进一步探索和攻关，为推动隧道施工地质超前预报起到重要作用。

结语

不同的地质特长其地质预报的情况也是不同的，在隧道施工中，其超前的预报方法也不断开发并加以实践，这样可以使其在不同的范围和条件下都适用。因此我们要做好从超前地质预报的实际情况，根据隧道地形勘察的调查数据分析，选取不同的超前预报方法，对分析预报结果进行不断的总结，结合传统预报技术，不断提高预报的准确率，，研发出适用于隧道施工环境的超前预报方法，从而起到指导施工、预防事故的目的，在实践的运用中积累技术和经验。

参考文献：

[1]吕乔森，左昌群.公路隧道施工地质预报方法选取与预警机制建立[J].中外公路，2012，32（5）

[2]张文元.解析长大隧道施工地质超前预报工作[J].低碳世界，2014，（7）