超前地質預報在復雜地質隧洞開挖中的應用

馬亮

（中國水利水電第十六工程局有限公司 福建福州 350000）

引言

當前國內隧道工程廣泛應用，建設過程中經常遇到復雜的地質條件，巖溶、過江或者過海隧道經常出現這些隧道在過去被視為進去，現如今隨著技術的發展也被逐漸開發。應用超前地質預報開發時可以有效對泥石流、塌方、涌水突泥和瓦斯爆炸進行災難預報，有效防止地質災害突發，降低災害發生激烈，保證人身安全，提高施工效率。

1 復雜地質隧洞開挖中應用超前地質預報的重要性分析

復雜地質隧洞開挖前期階段，由于勘察精度和技術手段限制，勘察時間受到影響，實際地質情況與勘測之間的差距會比較大，這樣就導致復雜地質隧洞開挖工程對地質條件不夠了解，實際施工展開后具有較大的盲目性，一旦哪個環節出現問題，將會發生無法預料的地質災害，這種災害是突發性的，且損害嚴重，對人員造成生命威脅，也對施工造成質量威脅。超前地質預報作為科學合理的監控手段，超前地質預報能夠在施工過程中對可能存在的地質災害進行分析預測，幫助施工人員在第一時間發現問題存在，一旦發現異常現場就會立即知曉，為變更安全設計相關參數，并為復雜地質隧洞開挖施工提供安全有效的措施建議，施工人員也能得到有效的數據信息，全面保護施工的安全性與可靠性[1]。

2 超前地質預報在復雜地質隧洞開挖中常見方法與優缺點分析

目前我國超前地質預報在復雜地質隧洞開挖中常見的使用方法主要有地質分析法和物探法，其中物探法分為隧道地震波法和地質雷達法，地質分析法是超前地質預報的基礎，物探法是使用物探的方式獲得地質信息情況，再對地質加以分析后進行實時地質預報。

2.1 地質分析法

超前地質預報中地質分析法是指根據地質基本理論和地質作圖法，結合當前復雜地質隧洞開挖已經有的勘察資料和地表補充地質調查信息，對地層的層序進行對比，對地層分界線與構造線進行分析，根據相關幾何參數情況加以研究，推測施工位置當前地質情況。地址作圖，指的是通過地質表面或者超前導洞揭露的地層、巖性接觸面以及構造面的走向與傾向，利用作圖法對地下和外面的位置進行展示；地質素描也是地質分析法的重要內容，這種方法是要現場進行的，經驗豐富的工作人員在現場進行地質素描的時候，建議對掌子面或者附近進行科學的觀察，從地質巖性與完整性、出水量、地質軟硬程度以及地層的實際顏色幾方面加以研究，多角度掌握當前地質情況[2]。

2.2 隧道地震波法

隧道地震波法應用比較普遍，地震波在不均勻的地質層中會有著不同的反射波，隧道地震波法經常使用爆破方式傳播地震波信號，通常情況下只需要使用小藥量就能實現爆破，不同的地質巖層界面都可以被反射地震波信號，然后施工人員使用高精度的接收器接收得到的地震波信號，在計算機軟件的應用下對地震反射波加以研究和分析，就能夠得到前方地質情況。隧道地震波法屬于多波多分量探測技術，能夠科學檢測出掌子面前方巖性變化情況，隧道地震波法適用于不連續面以及夾層軟弱地區的探測。使用隧道地震波法對數據進行采集的時候，施工人員應該在復雜地質隧道的一邊沿著直線布置多個風鉆孔，將小分量的炸藥放在風鉆孔中，并且在左邊和右邊兩側鉆取兩個檢波器孔。然后，按照順序激發各個炸藥，炸藥帶來的地震波產生，地震波會以球面波形的模式進行傳播，在掌子面的前方任一阻抗差異界面反射的信號，以及直達波的信號被兩個檢波器成功接收[3]。

隧道地震波法有著明顯的優勢，該方法的探測距離比較長，最低可達100m，最高150m，應該隧道地震波法時施工干擾比較小，在施工現場進行數據采集的時候只需要兩個小時就能完成。而且隧道地震波法探測精度比較高，對于不連續面和斷層面能夠得到精準的探測信息，是目前應用最廣的探測手法，但是隧道地震波法對巖溶或者不規則體的探測效果不是很明顯，隧道地震波法的應用要根據實際地質情況加以分析。

2.3 地質雷達法

地質雷達法也是物探法的一種，地質雷達法是利用超高頻電磁波實現探測的，對地下介質分布情況加以分析和探測，地質雷達法工作原理很簡單，就是通過發射機從掌子面或鉆孔中發射一定頻率和脈沖的電磁波訊號，電磁波訊號在遇到出現異常地質情況的時候，就會變成特定的反射信號，這些特定反射信號能夠通過接收天線實現接收，并輸入接收機中，接收機完成記錄工作后形成雷達剖面圖，人們根據圖中的信息得知當前施工處的地質異常，從而尋找有效的方式解決問題，省時省力，且保證了施工的安全性。對于地質雷達法的數據分析，施工人員能夠從反射信號加以研究，根據得到的信號判斷是否有被測目標存在，這是因為使用地質雷達法進行檢測的時候，電磁波傳播的路徑、波形以及強度都會因為介質的電磁波特性與幾何形態的變化而變化。施工人員根據得到的電磁波時間、頻率以及幅度，對雷達剖面圖加以分析，確定掌子面前方地質界面和目標物體的距離情況、位置信息以及結構特點。

使用地質雷達法的優勢明顯，和其他方法比較，地質雷達法對空洞和巖洞的探測更加靈敏，探測的精度比較高且速度快，每次探測的時候時間只需要20min，地質雷達法對施工的干擾比較小。但是地質雷達法探測距離比較短，有效探測距離高于10m，低于15m，施工人員不得不使用地質雷達法頻繁進行探測，因此地質雷達法的探測工作量很大。探測布置會因為隧洞內通風管、高壓風管、水管以及供電線受到影響，地質雷達法得到的探測效果也會因為施工初期支護以及施工二次襯砌中金屬物受到影響，除此之外，施工中掌子面如果凹凸不平也會影響到地質雷達法探測的結果。

11月6日，青島地鐵1號線海底隧道順利貫通。作為國內首條地鐵海底隧道，也是國內最深的海底隧道和最長的地鐵海底隧道。為控制風險，施工單位組合了世界上最先進的地質探測和預報手段，通過系統性的對比和分析，消除漏判和誤判，實現風險的精準預判和辨識，在此基礎上對風險點采取針對性的預處理措施，從而使風險得到超前防控。主要探測和預報手段有TSP法、高分辨電法、地質雷達、紅外探水、地質素描、超前探孔、超前地質取芯鉆孔等方法。超前地質探孔采用長短結合的組合方式，并納入工序實施管理，長孔取芯采用日本多功能水平地質鉆機，每次鉆孔長度150m，推進速度6m/min；短孔鉆進采用阿特拉斯地質鉆機，每次鉆孔30m，搭接8m，有效距離22m，循環推進；采用孔內高精度的成像技術和孔內地層CT法，結合巖芯綜合判斷地質，準確預報可能引發隧道地質災難的不良地質體（帶）的位置、規模和性態，確保零失誤。

3 總結

總而言之，隨著社會經濟的發展與地質勘探技術的進步，本文以分析復雜地質情況下隧洞施工中各項超前地質預報的方法應用，分析各種探測方法的優勢與缺點存在，分析超前地質預報對隧洞施工安全的突出作用，從而全面實現安全施工，保證施工人員人身安全，實現工程的經濟效益與社會效益。