淺析隧道施工超前地質預報研究現狀及發展趨勢

■王亞平 ■江西省中天建設集團，江西 南昌 330000

1 隧道施工超前地質預報研究現狀分析

對于隧道工程而言，超前地質預報是施工過程中不可或缺的重要組成部分之一，其具體是指在隧道施工中，合理運用各種技術、方法和手段，對隧道的施工掌子面前方圍巖狀況進行及時、準確、有效的預判，從而使施工人員做到心中有數，并提前采取有效的措施加以應對，避免各類地質災害問題的發生，減少災害損失，提高施工安全性。由于隧道工程所在地的地質條件復雜各異，故此對施工超前地質預報所需達到的工程效果也均不相同，由此催生出了各種不同的預報方法和技術手段。目前，較為常用的隧道施工超前地質預報方法有以下幾大類:

1.1 地質法

該方法是目前隧道施工超前地質預報中最為基本且常用的方法之一，其主要依據地表、隧洞、掌子面的地質調查結果進行超前預報。具體而言，就是依據地表外露的巖石體結構面產生形狀及其發育破碎機理和巖石風化程度等基本特征，并借助地質圖和構造相關性分析，推測巖石體結構面在隧道穿越深度的出露位置，進而推測出隧道掌子面前方可能出現的地質構造情況。按照隧洞內部與外部的地質調查以及施工掌子面的地質簡圖，再結合節理統計分析等，對掌子面前方巖體的特性、變形趨勢、失穩的可能性、破碎帶發育情況、圍巖強度等進行推測，并以此為依據制定合理、可行的施工措施，從而確保隧道施工順利進行。地質法具體涵蓋以下內容:

(1)地表地質調查。具體是指通過對隧道所在地開展大范圍細致的地質調查工作，復核地勘資料，掌握水文地質詳情，為隧道施工超前地質預報提供指導性依據，其歸屬定性方法的范疇。

(2)地質素描。在隧道正式開挖之后，對施工掌子面的地質情況進行迅速調查，并據此做出詳細的地質跟蹤記錄，繪制出掌子面的剖面圖，進而獲得前方不良地質體的特征信息。

1.2 超前地質鉆探、導坑法

該方法實質上是一種直接探測的方法，通過直接揭露隧道施工掌子面前方的地質情況，對掌子面前方地質條件進行準確的預報。這種方法常被用于地質條件相對比較簡單的隧道工程當中，例如，巖層產生狀況變化較小、地層受構造運動影響不大的隧道等等。與其它超前地質預報方法相比，該方法在準確度方面的優勢較為明顯。大體上可將之分為以下兩種方法:

(1)超前水平鉆孔法。在施工掌子面或一側的耳室進行超前水平鉆孔，通過鉆進速度測試、巖芯強度實驗等途徑，分析掌子面前方的巖體性質、含水情況、巖層軟硬程度及其完整性。

(2)超前導坑法。借助超前導坑揭示隧道的地質情況，進而指導隧道開挖與支護。

1.3 物探法

該方法是基于巖土體之間不同的物理性質，并借助不同的探測儀器和方法，對隧道所在地的地球物理場變化進行探測，進而判斷水文地質情況，其屬于間接的測試方法。由于物探法對隧道掌子面的施工幾乎不存在影響，而且對地質的破壞程度也比較輕。所以，這種方法在近年來獲得了快速發展。目前，在隧道施工中較為常用的物探法有以下幾種:

(1)TSP 法。這是現階段國內外隧道工程施工長距離地質超前預報最為先進的一種方法，它的基本原理是借助人工激發地震波，并接收反射波，按照波在不同介質當中傳播各異的特性，通過對反射波信號的分析，預測掌子面前方可能存在的不良地質體，如軟弱面、富水帶、溶洞等等，進而獲得這些不良地質體的可靠位置、形狀、規模等等。這種方法最為顯著的優點是探測距離遠、抗干擾能力強、不占用施工掌子面的空間、分辨率較高等等。

(2)紅外探水法。該技術常被用于隧道掌子面前方含水體的探測。其基本原理如下:由于地質體以及水體內部分子存在不停運動的特點，它們會在紅外輻射波的作用下，產生出強度各不相同的輻射場，借助探測儀便可對掌子面前方一定范圍內的圍巖體紅外場強度進行測量，由此可判斷出掌子面前方是否存在含水體。

(3)聲波反射法。該方法歸屬于彈性波探測的范疇，其主要是利用聲波的傳播特征，并結合隧道的地質勘測資料，判斷巖土體工程的地質特性。這種方法的探測距離通常在70 -90m 左右，其優點是費用較低、預報準確、占用掌子面的施工時間較少，而且方法本身比較簡單，可操作性較強。

2 隧道施工超前地質預報的發展趨勢

從我國對隧道施工超前地質預報的研究現狀上看，預報的重點內容大多集中在對隧道工程地質條件的預測預報，但卻對施工過程中的地質災害，尤其是巖爆及大變形等成因機理的研究相對缺乏，這會對施工安全性帶來極為不利的影響，一旦發生地質災害，不僅會導致施工中斷，而且還可能引起人員傷亡事故。業內大量的專家學者紛紛將研究的重點放在了超前探測技術的開發和儀器設備的研制上，很多隧道工程中，雖然也應用了多種探測技術，但卻并未將多種探測技術有效地結合到一起，預報結果的準確性并沒有獲得進一步提高。鑒于此，在未來一段時期，應當進一步加大對隧道施工超前地質預報理論方面的研究，并不斷加強探測新技術、新方法的研究，在現有儀器設備的基礎上進行改進和完善，爭取研制開發出一些性能更加穩定、可靠性更高的新設備，從而更好地為隧道工程服務。此外，還應當建立并逐步完善不良地質截面的特征識別模式以及不良地質的判定指標，并將實施綜合超前地質預報作為下一步發展的重點內容。

3 結論

綜上所述，在隧道工程施工中，超前地質預報具有至關重要的作用，預報結果的準確性與否直接關系到施工是否能夠順利進行。為此，應當在對現有研究成果進行總結的基礎上，找出其中的不足之處，并加以改進和完善，這也是未來一段時期的工作重點。只有這樣，才能使超前地質預報更好地為隧道工程服務。

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