蔣佳

摘要：在隧道工程施工階段，容易遇到斷層破碎帶、溶洞、富水層等地質情況，這些地質會影響施工效率和施工質量，前期勘察設計資料與實際地質情況的匹配程度也相對較低。而開展超前地質預報，可以幫助施工單位準確掌握隧道掌子面前方信息，在此基礎上，對設計方案和施工方法進行調整，有利于確保工程施工的順利進行。因此，對此項課題進行研究，具有十分重要的意義。

關鍵詞：隧道;超前地質預報;技術

1超前地質預報的主要難點

1.1地質勘探的局限性

由于隧道埋深較大，測量難度較大。同時，由于其自身斷面尺寸的影響，水平鉆或超前掘進等檢測方法存在很大的局限性。施工周期長，成本高。

1.2地質和物理性質差異較大

詳細地質超前預報包括地質構造、工程地質、水文等內容。其中，巖體的結構特征、工程特征和完整性主要體現(xiàn)在力學性質上，而水文特征主要體現(xiàn)在電性差異上。任何單一類型的地球物理方法都難以涵蓋機械和電氣性能的變化。

1.3復雜地震波相位

隧道中的地震反射波是三維的。有必要分析反射波的不同方向、波速、位置和性質。同時，表面波、縱波和轉換波的識別比在地表觀測到的地震相位要復雜得多。

1.4預報要求的內容多、質量高

隧道超前預報主要涉及三個地質問題：一是構造軟弱帶問題，包括斷層、溶洞、破碎帶等不良地質體的性質、規(guī)模、位置和產(chǎn)狀;二是危險的含水、含氣構造，包括含水斷層、含水溶洞和含水松散體的位置、規(guī)模、富水性和水壓;天然氣產(chǎn)生、儲存和覆蓋的地質條件;三是圍巖的工程類別。這三個問題都是工程物探的難題。

2隧道超前地質預報的技術

2.1地震波法

TSP（TunnelSeismicPrediction）隧道超前地質預報系統(tǒng)是由瑞士Amberg公司研制的一種超前地質預報產(chǎn)品，目前在我國應用十分廣泛。TSP隧道超前地質預報技術屬于反射地震波法，是通過人工震源產(chǎn)生的一部分球面波通過隧道軸線方向向掌子面前方傳播，當掌子面前方遇到地層界面、溶洞、裂隙等不良地質體時，將產(chǎn)生反射波，根據(jù)反射波的反射時間、傳播速度、強度、波形和方向等通過不同的數(shù)據(jù)形式表現(xiàn)出來，然后被高靈敏傳感器接收，通過電腦處理來預測掌子面方不良地質體的相關性質與產(chǎn)狀。

2.2聲波測試

聲波對裂紋響應非常敏感。當遇到裂紋時，界面效應發(fā)生，波能量消耗，波形變得復雜，波速減慢。此外，聲波速度還與巖體強度有關。聲波測試方法有很多種，主要包括巖石表面測試和孔內測試：巖石表面測試在開挖段進行。由于隧道開挖和爆破，形成了許多拉伸裂縫，地表巖石的實測波速略低于實際巖體的波速。鉆孔測試可分為單孔和雙孔。單孔測試是將發(fā)射源和接收器放在同一個孔中，但只能測量鉆孔周圍一個波長范圍內的地質條件。雙孔測試是將發(fā)射源和接收器放置在不同的鉆孔中，測試兩個鉆孔之間的巖石波速。

2.3地質雷達技術

探地雷達是一種短距離、有效的地下水探測預報方法。它利用電磁波的雙向傳播時間差來確定前方地質體的形狀和屬性。其工作原理是將連續(xù)的電磁波傳輸?shù)剿淼狼胺?。由于前方地質體的荷電性質不同，在遇到不良地質體界面時會有所反映。接收設備將接收返回的電磁波，回波的頻率、振幅和相位將相應地改變。根據(jù)前方不良地質體的特點，分析其類型和規(guī)模。在實際應用中，探地雷達能更好地反饋前方圍巖性質的變化。在識別致密破碎帶、斷層破碎帶等不良地質體方面具有一定優(yōu)勢，對巖溶及含水層影響明顯。但是，探地雷達探測距離太短，在探測過程中容易受到其他雜波的干擾，另外，不良地質體的垂向發(fā)育和傾角存在一定的局限性，影響了預測結果，因此，有必要配合其他方法進行綜合勘探。

2.4紅外探測

所有物體都發(fā)射不可見的紅外能量，該能量與物體的發(fā)射率成正比。發(fā)射率取決于物體的材料及其表面狀況。當隧道頭部前方和周圍介質為單一介質時，測得的紅外場為法向場。當前方有隱蔽的含水構造或水體時，其產(chǎn)生的場強應疊加在法向場上，使法向場發(fā)生畸變。據(jù)此判斷隧道前方一定范圍內是否有含水構造。紅外輻射曲線的上升或下降可以確定是否存在水，在其他情況下是否存在水。紅外探測的特點是可以探測到隧道的整個空間和各個方向。這儀器操作簡單?？深A測隧道周邊空間及開挖前方30m范圍內是否有隱蔽水體或含水建筑物?？稍谑┕らg隔內進行測試，不占用施工時間。然而，這種方法只能確定沒有水，并且沒有定量的解釋。

2.5偏移成像技術

TST可將波場分離和波速掃描確定的最優(yōu)速度作為基礎，使用合成孔徑偏移成像技術。就是將目標點散熱強度作為切入點，通過延時疊加的方式，使觀測孔徑內的散熱信號不斷疊加，最終對地層分層位置的反射界面進行精確反映。就是計算圍巖波速和地震回波走時，并依據(jù)計算結果找到異常界面所處位置。此外，對圍巖阻抗變化進行明確，可以對地震回波的幅值變化和極性變化進行運用，通過這種措施，使異常界面兩側圍巖物性差異被準確反映。

2.6電磁波法

電磁波法利用電磁波在不同介質中的傳播和反射特性進行地質預測。目前常用的方法是地質雷達。利用地質雷達進行超前預報時，當當前方巖完整時，可預報25m的距離;當巖石不完整或有構造時，預測距離也可達到15m左右。雷達探測效果主要取決于不同介質的介電常數(shù)。如果介質間的介電常數(shù)差較大，則檢測效果較好。在隧道內測試時，由于干擾因素較多，往往會產(chǎn)生虛假異常，形成誤判。因此，應加強數(shù)據(jù)采集和處理，盡可能消除干擾，提高檢測精度。

2.7綜合超前預報方法

隨著技術水平的快速發(fā)展和施工環(huán)境的復雜，隧道施工超前地質預報技術已從單一的預報技術發(fā)展到綜合預報系統(tǒng)。目前，先進的地質預報技術主要有地質調查法、地震波法、電磁法、直流法等，施工現(xiàn)場綜合運用多種地質預報方法，對掌子面前方的不良地質條件進行預測，數(shù)據(jù)處理和預測結果更加準確、清晰。建立五階段綜合調查體系，建立高風險巖溶隧道地質災害災害預警機制。采用定性分析與定量分析相結合的方法，建立了隧道前方不良地質體綜合分析預測體系，并通過現(xiàn)場預測結果進行了驗證。

2.8隧道綜合預報體系

在進行隧道綜合超前地質預報時，每種預報方法的探測原理、探測距離、探測范圍都不相同，其對隧道前方不良地質體的地質構造的判別程度也不相同，根據(jù)不同地質構造的地球物理特性，以“地質調查與物探技術相結合、長中短距離相結合、洞內外相結合、定性與定量分析相結合、經(jīng)驗法與專家系統(tǒng)分析相結合”五結合為原則，建立綜合超前預報體系。

結論

隨著科學技術的發(fā)展，電子技術和計算機技術的應用，以及特殊物探手段的不斷發(fā)展，先進地質預報通過與宏觀地質預報相結合，對地質災害進行評估，及時發(fā)出警報，中長期預測（TRT）、短期預測（地質雷達）、特殊方法預測（鉆孔電視）采取有效的應急建設措施，為重大地質災害的防治提供有力保障。

參考文獻：

[1]劉康.綜合超前地質預報在隧道工程中的應用[J].四川建材，2020（11）：75-76.

[2]潘多.綜合超前地質預報在隧道工程中的應用[J].現(xiàn)代城市軌道交通，2020（3）：72-75.

[3]駱明進，周廣文，劉水林.超前地質預報在隧道工程中的應用[J].中華建設，2017（11）：148-150.

[4]舒森，王樹棟.隧道綜合超前地質預報方法及應用[J].鐵道勘察，2019，36（4）：80-83.