隧道超前地質預報技術應用研究

陳勃汐

摘要：隧道超前地質預報技術在隧道工程中廣泛應用，但由于地質條件的差異性，對其應用的研究還需要進一步的探討。本文結合某隧道斜井工程中隧道超前地質預報技術方式，在應用中有利于全面分析超前地質預報工作內容與方法的選擇和實施程序，并針對本工程介紹了本工程采用的預測方法的應用，供工程技術人員參考。

Abstract： The tunnel advanced geological prediction technology is widely used in tunnel engineering. However， due to the differences in geological conditions， the research of its application needs further discussion. This paper combines the tunnel advanced geological prediction technology way in a tunnel inclined shaft project， which is beneficial to comprehensively analyze the selection and implementation procedures of the advanced geological prediction work content and method， and introduces the application of the prediction method adopted in this project， to provide reference for engineering and technical personnel.

關鍵詞：超前地質預報；工作內容；預報方法；實施程序

Key words： advanced geological prediction；work content；forecasting method；implementation procedure

中圖分類號：U452.1+1 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）30-0151-04

1 工程概況

某隧道斜井位于遼寧省本溪市草河口鎮正溝村，斜井施工主要目的是配合、保證主體重點工程于家嶺隧道工期及施工要求，與正線交點里程DK113+100，正線夾角45°。根據工期、施工要求，于家嶺隧道斜井作為施工輔助坑道，采用雙車道無軌運輸，斷面為7.5m×6.04m（寬×高），坡度8.48%，總施工長度為291.08m。

2 超前地質預報的主要工作內容

超前地質預報，最為主要的工作內容詳細為表1。

3 針對某客專隧道風險控制預報方法的選擇

目前常用隧道的超前地質預報方式，可以根據具體的距離情況，明確地質預報內容，了解短距離隧道的預報方式與長距離預報方式。對于長距離方式而言，在實際使用的過程中，主要進行超前地質的預報處理，在TRT6000超前探測的情況下，使用科學方式拉長預報距離。對于短距離的預報方式而言，主要使用雷達方式進行探測處理，在紅外線技術的支持下，形成合理的工作模式，了解是否出現異常問題，在全面了解支護結構與掌子面結構的情況下，獲取綜合的資料，進行合理分析預報處理，保證提升預報工作準確性與可靠性。

①所有隧道均首先采用地質調查法和TRT6000超前探測系統進行長距離（掌子面前方約100～120m）的超前探測，確定地質構造、地層分界和不良地質范圍等。對于地質條件復雜的隧道采用物探法進行進一步預報。②當TRT6000超前探測為風化層、斷層破碎帶、富水層帶、溶洞等不良地質時，采用精確度更高的地質雷達進行短距離探測（掌子面前方約20～30m），進一步驗證不良地質的位置、規模和巖性。③對富水地段采用紅外線探水儀對地下水儲存狀況進行探測。④對地質調查、TRT6000超前探測、地質雷達法及紅外探水等方法預報可能為富水軟弱斷層破碎帶、富水巖溶發育區、煤層瓦斯發育區、重大物探異常區段，采用超前地質鉆探法進行驗證。

針對本隧道工程比重較大，部分隧道斷裂構造發育，軟弱圍巖等不良地質分布范圍較大，存在淺埋、地表失水、等多種風險因素，施工風險大。依據不同超前地質預報方法的優缺點和適用范圍，已經要求在每層區域、突水區域與斷層破碎帶區域中，使用超前預報方式開展工作，在長距離預報方式的支持下，可形成短距離的工作模式，并創建多種預報體系，在超前預報處理的情況下，提升成果的準確性。

根據某客運專線重點隧道風險評估報告，結合風險評估報告對本段隧道中，經常會出現風險問題，應明確其中是否出現地質不良問題，使用科學的搭配方法開展工作。現就對于家嶺隧道根據預報內容采取的多種預報方法繪表如表2所示。

4 超前地質預報的實施程序

超前地質預報綜合預報法實施程序見圖1所示。

4.1 宏觀超前地質預報的實施程序

在開展施工準備工作中，應結合隧道工程的施工特點，使用超前地質勘查的方式，獲取基本資料數據信息，在工程地質法的支持下，明確隧洞地層界線數據信息，了解圍巖的具體類別，并在涌水方面進行預測處理，明確是否出現特殊工程的問題。

①應針對區域之內的地質資料進行合理的收集與整理，在全面調查的情況下，明確是否出現了斷裂發育的現象，總結規律，判斷規模與方向，以此形成地質災害的分析機制。②在超前預報的過程中，應進行地質勘查資料的獲取，合理預測工程與水文地質情況，合理開展研究工作。③應結合具結果情況，進行巖性的分布分析，了解構造特點，明確涌水問題的特點，在了解圍巖類別的情況下，進行樁號范圍的分析，在提出預報處理建議的情況下，進行開挖調整處理。

4.2 長期（長距離）超前地質預報的實施程序

在使用多種類型技術方式進行勘察的過程中，應開展定性預報與定量預報工作，進行掌子面前100m范圍之內不良土質的分析，如圖2所示。

①對于長期類型的超前地質預報而言，主要可以劃分成為宏觀不良地質、隧道長距離探測工作，在這兩種勘察技術的支持下，可促進綜合預報的合理實施與發展，形成良好的工作模式。在工程中，應科學的使用地質分析方式，明確不良地質特點，合理的進行預報，然后使用TRT6000技術開展研究工作，在隧道之內的120m距離之內進行長距離處理，采取合理措施提升工作效果。②在對掌子面前方相關巖石界線與斷層進行預報分析的時候，需明確是否出現不良地質，在明確位置規模的情況下，科學開展判斷工作，以此形成科學化與合理化的工作模式，確保全面判斷不良巖石的等級特點。③對于一次預報而言，需將長度控制在120m左右，每次預報的長度都符合要求，重復段為20m左右。

4.3 短期（短距離）預報的實施程序

對于短距離的預報工作而言，需結合具體的地質預報特點與要求，將長期超前預報作為基礎內容，針對掌子前面50m左右的區域地質條件進行合理的分析，明確圍巖的具體類型。如圖3所示，在工作中需要合理使用先進的儀器設備。

①主要是通過工程地質法、經驗法等相互結合在一起，在雷達技術的支持下，明確地質標志，了解不良地質情況，在分析暴露位置的情況下，科學開展預測判斷活動，預測不良地質的實際規模與相關位置。②對于短期預報而言，可以將其劃分成為兩種類型，其一，就是巖體具有一定的完整性特點，將預報距離控制在50m左右，可以提升信息的反映效果。其二就是呈現裂隙發育特點，巖體較為破碎，不能更好地反映數據信息，將預報距離控制在25m左右。③對于此類預報方式而言，主要成果就是針對地質巖性特點、地下水情況等進行合理的分析，在短期與長期預報方式相互結合的情況下，進行精確的預報處理，以此形成不良地質的分析模式，確保在合理預報的情況下，進行嚴格分析。

5 超前地質預報的預測方法

本隧道斜井施工采用TRT6000法進行超前地質預報，TRT6000地質超前預報系統是利用地震波的反射原理進行地質預報。檢測時通過錘擊或激震器產生地震波，地震波在隧道中的巖體內傳播，當地震波遇到聲學阻抗差異界面時，一部分信號被反射回來，一部分信號透射進入前方介質。聲學阻抗的變化通常發生在地質巖層界面或巖體內不連續界面（如斷層、破碎帶、溶洞、大的節理面等）。反射的地震波信號被高靈敏地震信號傳感器接收并被記錄主機記錄下來，然后經專門的O-RV3D軟件進行分析處理，對地震波進行疊加，就得到清晰的異常體的層析掃描三維圖象。再通過對異常體的里程、形狀、大小、走向，并結合區域地質資料、跟蹤觀測地質資料就可以確定隧道前方及周圍區域地質構造的位置和特性。

5.1 傳感器的安裝

TRT系統的傳感器布點采用立體布點方式，在隧道左右邊墻分別布設4個傳感器，拱頂布設兩個傳感器，共10個傳感器。安裝位置示意圖（如圖4所示），傳感器及安裝分別如圖5、圖6所示。

5.2 擊震點布置

擊震點布置（如圖4所示）在掌子面后方的裸露的巖體（或已到強度的初期支護）上，使用專用的擊震棒擊震即可，不需要提前打炮眼（較之其它預報采用鉆眼爆破方式擊震，更安全，更節省人工費用）。

5.3 數據采集及處理

數據采集時應按錘擊點順序逐一進行，記錄不好或存在干擾時應重新錘擊。對采集的數據及時經專用軟件分析處理后，經綜合分析可對前方地質情況做出判斷，一般巖層探測深度120m左右。提交資料包括：TRT野外記錄表；原始波形記錄；二維和三維反射界面的透視圖像；聲波軌跡、頻譜、速率和位移結果；地質解釋結果。

5.4 報告整理

根據有關要求應及時提供超前預報資料或中間成果資料，主要是各個已探測點的資料分析結果及合理建議，指導下一步施工。成果報告整理分析要求如下：①階段成果報告做到項目齊全，數據可靠，方法合理，圖表完整。②最終報告能反映本合同重大不良地質體詳查的全部成果，做到內容全面，條理清楚，文字簡潔，論據充分，結論明確。

6 結束語

本工程經過實證，超前地質預報技術取得了良好的效果，保證了工程安全順利開展。隧道超前地質預報技術應結合具體工程的實際情況，采用合理、適宜的預測方法和技術，有針對性地開展超前地質預報工作。

參考文獻：

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