孫鳳成

（中國鐵建十一局第三工程有限公司　湖北　黃石　435001）

試論隧道施工超前地質(zhì)預報研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

孫鳳成

（中國鐵建十一局第三工程有限公司湖北黃石435001）

本文就隧道工程施工超前的地質(zhì)預報研究現(xiàn)狀進行分析，探討常用隧道預報分析方法基本原理，進而更好的開展隧道施工，同時保證隧道施工的安全與質(zhì)量，更好的為交通行業(yè)做貢獻。

隧道施工；超前地質(zhì)預報；發(fā)展趨勢

1　前言

自從我國進行改革開放以來，國民經(jīng)濟發(fā)展迅速，政府在基礎設施建設方面也加大了力度。就目前而言，政府在公路上的投資量巨大，為降低植被破壞、縮短里程與改善路線，就需要開挖山體或是進行隧道的修建。同時為預防因此導致的一些地質(zhì)損壞，使得隧道施工的進度達到施工要求，就需要使用優(yōu)良勘察技術與現(xiàn)行探測手段，以便及時實施超前預報和探測。

2　隧道工程施工超前的地質(zhì)預報具體研究的現(xiàn)狀分析

就目前的隧道工程看來，工程施工中的一個不可替代的組成部分就是地質(zhì)預報，也就是隧道施工過程中科學合理應用不同的施工手段、技術與方式，有效預判以及準確、及時分析隧道施工的掌子面方圍巖實際狀況，進而使得施工人員有一個全面了解，及時采取有效策略來應對，以免發(fā)生各種地質(zhì)的災害，進而降低災害的損失，同時使得施工的安全性得以提高。因為隧道工程實際地質(zhì)的條件比較復雜，因此施工超前的地質(zhì)預報達到工程效果也存在差異，這就需要使用各種不同技術手段與預報方法。其中較為常用的預報方式包含以下三種：

2.1關于超前地質(zhì)的鉆探與導坑法

這種方式事實上就是直接探測方法，該方式可以直接呈現(xiàn)施工中掌子面的前方地質(zhì)實際情況，并準確預報掌子面的前方地質(zhì)情況。且在準確度上優(yōu)勢比較明顯，具體分為下面兩種方式：

2.1.1超前的導坑法

也就是借助超前的導坑來揭示隧道地質(zhì)實際情況，更好的指導隧道的支護和開挖。

2.1.2關于超前水平的鉆孔法

通?？梢栽谑┕ひ粋?cè)耳室或者是掌子面實施超前水平的鉆孔，再通過巖芯強度的實驗與鉆進速度的測試等方式來探究掌子面的前方巖層完整性、軟硬程度、巖體性質(zhì)與含水情況。

2.2物探法

這個方式主要是從巖土體間不同物理性質(zhì)進行分析，同時借助不同探測方式與儀器，探測隧道施工現(xiàn)場地球的物理變化，更好的對水文地質(zhì)狀況進行判斷，也就是間接測試的方法。因為物探法在掌子面的施工方面基本沒有影響，在地址破壞方面的程度較輕。因此，該方式近幾年發(fā)展速度較快，其中具體物探法分為以下幾種：

2.2.1聲波的反射法

這個方式在彈性波的探測范圍內(nèi)，主要就是使用聲波傳播的特征，同時與隧道地質(zhì)勘測的資料充分結(jié)合，對巖土體的工程地質(zhì)特性進行判斷。該方式探測距離一般在70～90m之間，主要優(yōu)點就是掌子面占用施工時間不多、費用較低與預報準確，以及方法自身較為簡單與可操作性比較強。

2.2.2關于TSP法

該方式是目前我國隧道施工地址預報過程中比較先進的方式，其基本原理就是借助通過人工激發(fā)的地震波，來對反射波進行接收，根據(jù)不同介質(zhì)中波傳播特異差異，再通過分析反射波的信號，對掌子面的前方不良的地質(zhì)體進行預測，例如：溶洞、軟弱面與富水帶，從而獲得不良地質(zhì)規(guī)模、可靠位置與形狀。該方法的顯著優(yōu)點就是施工過程掌子面占用空間不大、長距離探測與具有較強抗干擾的能力等。

2.2.3紅外的探水法。

這種技術主要用在隧道的掌子面中前方的含水體探測，基本原理是，因為水體內(nèi)部與地質(zhì)體中不同運動特點，通常在紅外的輻射波作用下，會出現(xiàn)不同的強度輻射場，再借助相關探測儀測量掌子面的前面范圍內(nèi)圍巖體的紅外場實際強度，這樣就可以對掌子面的前方含水體進行判斷。

2.3地質(zhì)法

就目前而言，我國隧道施工中超前地質(zhì)的預報過程比較常用的方式就是地質(zhì)法，主要就是根據(jù)掌子面、地表與隧洞調(diào)查實際結(jié)果來實施超前的預報。也就是按照地表中外露巖石體實際風化情況、結(jié)構面具體形狀與發(fā)育破碎的機理，同時借助地質(zhì)構造與地質(zhì)圖相關性的分析，推斷隧道中巖石體的結(jié)構面穿越深度出露的位置，更好的推測隧道中掌子面的前方出現(xiàn)地質(zhì)構造的情況。而地質(zhì)法主要包含以下兩方面的內(nèi)容：

2.3.1地質(zhì)的素描

實施隧道開挖后，需要迅速調(diào)查掌子面地質(zhì)的情況，同時按照這些情況作出詳細地質(zhì)跟蹤的記錄，并繪制掌子面剖面圖，從而獲取前方不良的地質(zhì)體實際信息。

2.3.2地表與地質(zhì)的調(diào)查

也就是通過展開大范圍以及細致的隧道地質(zhì)調(diào)查的工作，并復核地勘的資料，還有掌握水文、地質(zhì)實際情況，給隧道施工中超前地質(zhì)的預報提供可靠依據(jù)。

3　普遍應用的隧道施工預報方法基本的原理

3.1關于紅外探水的超前地質(zhì)情況預報方式

地球中地熱場在地球表面巖體溫度調(diào)節(jié)中有著主導作用，在相關深度的范圍之內(nèi)，只要深度增加1000m，地熱場溫度就會增加30℃，但是在垂直水平的方向，相關地熱場溫度變化比較小，也就可以看出在規(guī)定深度之下，隧道巖體的開挖，可以把其看成在溫度恒定的場中，其溫度幾乎不會發(fā)生變化。因此，當即將進行掌子面開挖時，后方則會存在水體巖層，例如：裂隙水與溶洞等，而且該開挖巖體和含水巖層如果存在一定溫差時，相關巖體就會出現(xiàn)相應對流與熱傳導作用，溫度場也就不再是恒溫場，因此就會出現(xiàn)一定溫度的易熱場，因為存在這種異常情況，掌子面也就會存在溫度差異，也就需要利用紅外的輻射測溫方式來測定這類溫度變化的差異，也就可以準確的對掌子面中前方含水層實際情況進行預報。

3.2其余幾種隧道施工超前預報的方法

關于超前預報的方式還包含聲波中CT的技術與HSP的水平聲波的刨面法等，只是在實際施工過程中，這類方式運用比較少。其中HSP的水平聲波超前地質(zhì)的預報方式，主要是因為波傳播過程按照費馬與惠更斯菲涅爾的原理，因此這個方式主要原理是構建于彈性波的理論基礎上。但是關于HSP的水平聲波中剖面超前的地質(zhì)預報法具有自身的局限性，在探測過程中前提條件就是周邊地質(zhì)、巖溶洞穴與填充物等存在聲學特性的差異。

在預報過程中隧道掌子面以及邊墻外會發(fā)射較低頻聲波的信號，并在隧道內(nèi)部各個接點對反射波信號進行接收，再通過所探測反射波的信號實施頻域與時域等方式分析，這樣就能充分認識掌子面的前方巖體變化實際情況。而關于聲波CT的超前地質(zhì)實際預報方式，也就是聲波CT中超前地質(zhì)的預報方法基本原理和醫(yī)學中CT檢查技術原理基本一樣，預報過程存在相應物理的前景，也就是物理性質(zhì)差異介質(zhì)，使得內(nèi)部聲波傳播速度也存在差異，通過該預報的方式，能夠通過不同介質(zhì)之中聲波傳播速度來計算并分析物體內(nèi)部物性的差異性，然后分析所收集的具體地質(zhì)資料，進而滿足通過三維圖像直觀顯示掌子面的前方巖體內(nèi)部地質(zhì)體。

3.3關于TSP的隧道中地震波超前地質(zhì)的預報方法

關于TSP的隧道中地震波超前地質(zhì)的預報方法，是國內(nèi)20世紀90年代從瑞士的按伯格測量技術企業(yè)引進了先進地質(zhì)超前的預報探測分析方式，是我國當下普遍應用的技術。而TSP與其他反射的地震波方式基本一樣，均是通過回聲測量的原理來進行探測，其中地震波在具體震源點用少量炸藥來激發(fā)形成，而巖層中出現(xiàn)的地震波通過面波形式向前的傳播，一旦地震波與巖石物性的界面相遇時，部分地震的信號就會被反射回來，部分的地震信號則可以投射到前方的介質(zhì)中，反射地震信號會被高敏度三維地震的檢波器來接收。

4　結(jié)語

總而言之隧道工程的施工過程中，超前的地質(zhì)預報有著重要作用，而且預報結(jié)果準確性直接關系著施工的順利實施。因此，需要現(xiàn)有研究的成果總結(jié)基礎上，尋找整個過程中存在的不足與缺陷，同時對那些不足之處進行完善與改進，這也是今后工作中的一個重點，唯有如此，才可以使超前的地質(zhì)預報有效的給隧道工程做貢獻。

[1]朱飛，劉國正，彭紅明.隧道工程超前地質(zhì)預報的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].山西建筑，2014，40（33）：156～15.

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U456.3+3

A

1673-0038（2015）23-0310-02

2015-5-25

孫鳳成（1988-），男，助理工程師，大專，主要從事隧道施工技術管理工作。