超前地質預報在隧道施工中的應用探討

王文清

（四川公路橋梁建設集團有限公司隧道分公司 四川 雙流 610200）

超前地質預報在隧道施工中的應用探討

王文清

（四川公路橋梁建設集團有限公司隧道分公司 四川 雙流 610200）

隧道所處地段地質條件復雜多變，勘察設計人員很難對隧道的地質結構進行準確勘察。在進行隧道開挖過程中經常會遇到斷層破碎帶、富水帶和巖溶等不良地質體，這些不良地質體的出現大大增加了隧道開挖難度。因此，對隧道地質構造進行超前地質預報工作，是避免掘進過程中出現突水、突泥等災害，減少人員傷亡和經濟損失的有力手段。

超前地質預報 隧道 施工 應用

引言

隧道穿越區域中，如遇隱伏巖溶、斷層等較大不良地質區段，會導致施工過程中突水、突泥、坍塌、區域沉陷、有害氣體突出等地質災害或不良的環境影響，并給隧道結構安全與今后的運營留下隱患。為規避施工風險，科學組織武廣客運專線隧道施工，需要采取多種手段，分級管理，開展綜合超前地質預報工作，較準確地預報隧道地質情況，制定可靠的處理方案和技術措施，及時采取預防手段與應急預案，確保隧道安全順利地通過隧道不良地質區段。

1. 道地質超前預報的內容

隧道地質預報在道路施工建設過程中發揮著至關重要的作用，一方面能提高隧道施工的安全性，另一方面還能提高施工質量，是現代社會道路施工發展建設的主要手段之一。隧道地質超前預報要求工作人員通過地質推斷法將巖石周圍的地質變化趨勢展現出來，并利用物探方法預報前方圍巖的實際狀況，預報工作人員結合自身專業經驗和地質分析原理了解前方的地質狀況和圍巖的等級類別，并判斷可能出現事故的圍巖類型和場所，最后，針對問題提出具有科學性的解決措施。不良地質體涉及范圍非常廣，主要包括破碎帶、溶洞、節理密集帶以及富水帶等，以上各位置的性質、特點是超前預報的基礎和主要依據，并對超前預報的結果有至關重要的影響。另外，地質原理分析和推斷還存在著典型的成災型，這是地質超前預報中至關重要的環節，此環節還會直接成為提出施工建議的主要依據。因此，地質條件預報、災害類型及可能性預報以及圍巖級別預報和施工建議之間存在緊密聯系，其中，地質條件預報直接決定災害類型和人圍巖級別預報，在確定以上各參數后結合隧道施工實際狀況制定科學合理的施工方案。

2. 道施工中不良地質超前預報方法分析

2.1 常規地質超前預報法

2.1.1 地質素描法

在隧道超前地質預報中，人們最早使用的方法便是地質素描法。地質素描法是利用地質理論和作圖法，準確地將隧道掌子面及其周邊所揭露的地層構造、結構面產狀、地下水出水情況等一一記錄并繪制成圖表，然后，與設計地質資料對比，來預測隧道開挖面前方地質條件。在隧道開挖過程中，每一開挖循環均要求作地質素描圖來推斷前方地質。地質素描圖主要內容，包括斷層、破碎帶的位置、產狀、規模，地下水出水點情況等。

2.1.2 超前導坑預報法

超前導坑預報法有平行導坑和正洞導坑法兩種，其中，平行導坑法斷面小，在實施過程中要做必要的測試試驗，并同時做好相關記錄，對隧道穿越地層分布結構情況進行平面的展示，做出地質素描圖，可以指導較小間距的平行隧道，對隧道施工進行預報。正洞導坑法的精度優于平行導坑法，它是先確定隧道的中心軸線，沿隧道的正洞開挖出小導坑，進行初步探測，再將小導坑進行擴大為斷面，實現超前預報功能。我國的北京八達嶺隧道施工就運用了這一方法。

2.1.3 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。

2.2 地球物理超前預報方法

2.2.1 TSP預報法

TSP（Tunnel Seismic Prediction）是隧道地震波法的簡稱。TSP設備由瑞士安伯格研發生產，采用回聲測量原理，在我國應用較廣泛。TSP法的地震波信號通常由小量炸藥爆炸產生，其傳播到不同的巖層界面時被反射，產生的反射波被三維高靈敏度的地震檢波器接收，利用計算機軟件對反射波進行解析，可推斷掌子面前方地質情況。在確定相關參數的準確性后，預報人員通過反射波數據庫的基本情況進行深入研究分析，就可以準確判斷相關隧道剖面及巖石的物理性質和基本力學參數，隧道施工建設以此為依據便能在保障安全性和可靠性的同時在更短的時間內完成。

2.2.2 紅外探水預報法

通常情況下，在應用紅外探水原理之前，工作人員必須確定一個比較穩定的地質體，并將該地質體作為探測對象所必須的場源，由于探測對象所形成的紅外場強度和場源本身的場強度幾乎保持一致，如果地質體中含有一定地下水，此時，地下水場源產生的紅外場將直接影響地質體場源多產生的紅外場。以圍巖紅外場的變化來預報前方是否含有水體，并以隧道的走向為依據，判斷紅外探水與場源強曲線之間的關系。最后，在利用紅外探水原理進行隧道超前地質預報的過程中還應該根據實際探測狀況建立各監測點的場強與測點到掘進面的距離之間的函數關系，并繪制函數關系示意圖，再結合函數圖形的基本特點完成超前探水預報要求。

2.2.3 地質雷達預報法

地質雷達法簡稱GPR（Ground Pene－trating Radar），其利用發射天線向隧道掌子面前方地層發射脈沖形式的高頻電磁波，經地層界面反射回掌子面的回波信號由另一天線接收，對回波信號進行分析，可短距離預報掌子面前方地質。地質雷達法對含水帶、破碎帶等不良地質擁有較高的識別能力，在富水地層以及溶洞發育地區和深埋隧道，效果好，應用較廣泛，具有操作速度快、對施工干擾小、探測精度高等優點。

3. 道施工中超前地質預報方法的選擇

上面介紹的預測方法，各自有不同的運用情況，應該選取合適的方法加以應用。首先在預報方法選取上要遵循一定的原則，比如要保證施工時所用時間不能過長，對施工產生的影響應該盡量小，預報誤差應該小于 5%，可以完整掌握地質結構、含水狀況、破碎程度、完整性等。遵循這些原則，選擇合適的預報方法。另外預報方法的選取還應當充分考慮地質風險等級，地質風險等級與預報方法的選取直接相關，要在判斷國風險等級之后再來選取預報方法。

根據公路隧道地質風險等級劃分標準，把地質風險等級劃分成了四個等級，分別是A級、B級、C級、D級，四個等級代表的分別是特大型地質風險、大型地質風險、中～小型地質風險、局部小型地質風險，除了這四個基本等級之外還可以根據工程地質狀況在各個等級下面劃分出亞級，通過這種方式來反映那些介于其中兩個等級之間的地質風險。當確定了地質風險等級之后，可以參照《不同地質風險等級的預報方法選取標準》來確定預報方法。

結束語

總之，綜合物探方法在隧道超前地質預報過程中具有較高的應用價值，工作人員必須結合施工現狀，從多方面著手，為提高施工質量做出應有的貢獻。眾所周知，隧道超前地質預報工作在隧道施工建設過程中具有重要的作用，它一方面能引導施工人員準確掌控施工所在地的地質情況，另一方面還能為施工人員的人身安全提供安全保障。

[1]戴前偉，王鵬飛，馮德山，張富強.綜合物探方法在隧道掌子面超前地質預報中的應用[J].工程勘察，2012，02(08).

[2]呂喬森，左昌群，梁禹.公路隧道施工地質預報方法選取與預警機制建立[J].中外公路，2012，32(5).

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1007-6344（2015）12-0184-01