隧道施工地質超前預報工作方法分析

靳 川

中鐵二十局集團第二工程有限公司 北京市 100000

【摘 要】在我國的基本建設中，隧道工程已經占據了極為重要的位置，由于隧道受地形條件和技術水平等因素的制約，隧道施工工程備受關注，對隧道施工的超前地質預報也成為了隧道施工中不可缺少的部分。

【關鍵詞】隧道；地質超前預報；方法

隧道地質超前預報工作作為施工重要組成部分，在隧道工程建設中得到了廣泛的重視，并已在許多隧道工程招標文件中有明確要求且在施工中實施，但不容忽視的是片面強調并強行規定使用某一種物探設備進行施工地質超前預報、忽視隧道施工期地質工作的現象仍普遍存在，對隧道施工地質超前預報工作方法仍然缺乏足夠的認識，這樣，不利于提高隧道施工地質預報的水平和準確性。

1.地質超前預報的內容

（1）不良地質及災害地質預報：預報掌子面前方15 ～ 100 m 范圍內有無突水、突泥、坍塌、有害氣體等災害地質，查明其范圍、規模和性質，并對其提出施工措施意見。

（2）斷層及其破碎帶的預報：主要預報斷層的位置、寬度、產狀、性質、充填物的狀態，是否為充水斷層，并判斷其穩定性程度，提出施工對策。

（3）水文地質預報：預報洞內涌水量大小及其變化規律，并評價其對環境地質、水文地質的影響。

（4）圍巖類別及其穩定性的預報：預報開挖面前方的圍巖類別與設計是否吻合，并判斷其穩定性，隨時提出修改設計，調整支護類型，確定二次襯砌時間的意見，報專家組審批。

（5）查明并預測隧道內有害氣體含量、成分及動態變化。

（6）查明并預測膨脹巖的膨脹力、膨脹量及主要礦物成分，為工程防治提供可靠依據。

2.地質超前預報方法

地質超前預報可采用地質調查法、超前鉆探法、物探法和超前導坑預報法，各預報方法應包括下列內容：

（1）地質調查法：包括隧道地表補充地質調查、洞內開挖工作面地質素描和洞身地質素描、地層分界線及構造線地下和地表相關性分析、地質作圖等。

（2）超前鉆探法：包括超前地質鉆探、加深炮孔探測及孔內攝影。

（3）物探法：彈性波反射法、地震波反射法（探測距離：在軟弱破碎地層或巖溶發育區，一般預報距離100 m 左右，不宜超過150 m；在巖體完整的硬質巖地層，預報距離120～180m，不宜超過200 m）、水平聲波剖面法和陸地聲納法（探測距離：在軟弱破碎地層或巖溶發育區，一般預報距離20～50m，不宜超過70 m；在巖體完整的硬質巖地層，預報距離50～70 m，不宜超過100 m）、負視速度法（探測距離：在軟弱破碎地層或巖溶發育區，一般預報距離30～50 m，不宜超過70 m；在巖體完整的硬質巖地層，預報距離50～80 m，不宜超過100m）等。

（4）電磁波反射法：地質雷達、紅外探測、高分辨直流電法等。

（5）超前導坑預報法：包括平行超前導坑法、正洞超前導坑法等。

3.隧道施工中不良地質超前預報方法分析

3.1常規預報法

3.1.1地質法地質超前預報

地質法隧道地質超前預報主要根據隧道內外地質調查結果和隧道施工掌子面地質條件調查結果，如巖體結構面產狀及發育狀況、巖體破碎程度、巖石的變質程度等的變化特征，通過地質作圖及構造相關性分析，由地面構造產關推測隧道穿越深度位置的出露位置，由掌子面巖體結構面產狀及發育狀況、巖體破碎程度、巖石的變質程度等變化特征推測掌子面前方可能出現的構造及其性質，進行超前預報。主要預報隧道掌子面前方存在的斷層、不同巖類間的接觸界面，特別是火成巖與沉積巖間的接觸界面、隧道前方圍巖的穩定性及失穩破壞形式等。通過分析其走向、分布高程、坡度及其與隧道平面空間關系調查高預測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超前導坑（平行導坑）法

采用超前平行導坑或隧道進行隧道地質超前預報，應做好以下工作：超前平行隧道或導坑施工所遇地質情況記錄；必要的測試試驗（巖石、體聲速測試和巖石強度試驗等）；地質作圖。主要是隧道穿越地層分布及產狀、巖性、構造分布及產狀、不良地質體帶分布、特殊地層分布、涌水及坍方點分布等的平面展示；按超前平行導坑或超前平行隧道與施工隧道的平面關系，根據既有隧道或超前平行導坑或超前隧道施工所遇地質情況，通過計算、相關性分析，推測隧道裝飾遇到的地質情況。

3.1.3超前水平鉆孔預報法

這一預報方法是將鉆機設備移入隧道之內，按照水平方向鉆進，根據鉆機鉆進的速度測試、巖芯采取率、強度鑒定等數據，來推斷隧道掌子面前方的巖層節理構造、巖體的地形構造等大概情況，隧道施工人員可以對這些檢測數據進行分析，如：對巖芯采取率的鑒定，如果巖芯采取率低，則表明有裂隙在形成和發育；如果巖芯采取率高，則表示巖體沒有裂縫，完整性良好，完成地質超前預報。但是，這種超前水平鉆孔預報方法也有其局限性，即往往出現隧道施工中，由于這種方法的“一孔之見”而導致不良地質體的漏報，使之無法準確預報復雜的地質地形條件，對隧道掌子面前方的小斷層及與軸線平行的斷面也無法進行準確預測，還有待于更多的探索和實踐應用。

3.2地球物理超前預報方法

利用聲波，超聲波、地震波及電磁波在地層中傳播、反射，通過信號采集系統接收反射信息號，判釋隧道掌子面前方反射界面（斷層、軟弱夾層等）距隧道掌子面的距離來進行隧道施工期地質超前預報。它以地質介質的導電性質、導熱性質等的不同差異為物理基礎，有其適用的范圍和優劣特性，主要有以下幾種：

3.2.1地震波反射超前預報法

這種方法包括TSP203預報法，它是采用回聲測量原理，從震源點激發地震波，隧道內部遇到巖體則會產生阻抗界面，其地震波的反射信號被高靈敏度的地震三分量檢波器接收，從而在軟件的評估和分析下，完成對隧道施工的超前地質預報。它尤其適宜于具有彈性差異的地質體，但是對于含水的地質體無法進行識別，是其主要缺陷。

3.2.2地質雷達超前預報法

這種方法由于對含水地質體比較敏感，因而可以用于對隧道前方含水地質體的辨識和定位。它是借助于電磁波的原理，將高頻寬帶短脈沖發射入隧道前方地層中，前方的不良地質體對其進行反射，從而推斷出隧道前方不良地質體的深度和形狀等特征，完成超前地質預報。

3.2.3瞬變電磁超前預報方法

它也可以對含水地質不良體進行準確預報，它是采用磁性源，向隧道前方的地質體發射一次場，再由低阻目標感應渦流產生二次場，根據時間和距離的探測，得知隧道前方的地質條件，完成超前預報功能。

3.2.4隧道核磁共振超前預報法

這種超前預報方法是運用了核磁感應和能級躍遷的觀點，探測隧道前方含水地質體中水的氫質子的弛豫特性而產生核磁共振現象，實現隧道前方的含水地質體的水體定位和預報功能。目前，已在我國的施工中得以成功應用和推廣。另外，還有一些隧道施工地質超前預報方法，諸如：隧道激發極化技術、單孔定向雷達技術、地震波探水技術等，還需要我們進一步探索和攻關，為推動隧道施工地質超前預報起到重要作用。

結語

不同的地質特長其地質預報的情況也是不同的，在隧道施工中，其超前的預報方法也不斷開發并加以實踐，這樣可以使其在不同的范圍和條件下都適用。因此我們要做好從超前地質預報的實際情況，根據隧道地形勘察的調查數據分析，選取不同的超前預報方法，對分析預報結果進行不斷的總結，結合傳統預報技術，不斷提高預報的準確率，，研發出適用于隧道施工環境的超前預報方法，從而起到指導施工、預防事故的目的，在實踐的運用中積累技術和經驗。

參考文獻：

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