超前地質(zhì)預(yù)報(bào)在隧道工程中的應(yīng)用

張璐瑩 趙梓涵

（云南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，云南 昆明 650051）

自21世紀(jì)以來(lái)，世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，發(fā)達(dá)國(guó)家和發(fā)展中國(guó)家都加快了各自的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。其中，許多國(guó)家已經(jīng)積極開發(fā)了困難，復(fù)雜和耗時(shí)的隧道工程。基于復(fù)雜地質(zhì)條件的高級(jí)地質(zhì)預(yù)測(cè)可以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)某些突發(fā)的地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)，并具有準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)結(jié)果，為避免工程影響和成功完成隧道工程做出了重要貢獻(xiàn)。

一、TSP超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)及其應(yīng)用

隧道地震預(yù)測(cè)（TSP）指使用地震方法檢測(cè)隧道的地質(zhì)條件，是一種多波多分量高分辨率地震反射波檢測(cè)技術(shù)。該技術(shù)主要通過(guò)在隧道的左或右壁中布置一定數(shù)量的爆炸孔并刺激小波來(lái)產(chǎn)生地震波（彈性波）。某些信號(hào)（例如破碎的區(qū)域，缺陷或巖石的變化）會(huì)被反射，反射的信號(hào)會(huì)被布置在隧道左右壁上的兩個(gè)高靈敏度三分量加速地震傳感器（檢測(cè)器）接收并記錄。TSP系統(tǒng)利用異質(zhì)地質(zhì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的地震波的反射波特性來(lái)準(zhǔn)確預(yù)測(cè)隧道施工前數(shù)百米內(nèi)的地質(zhì)條件和巖石特性的變化。

TSP系統(tǒng)現(xiàn)已于1994年成功進(jìn)入國(guó)際隧道建設(shè)市場(chǎng)，成功地在瑞士，瑞典，意大利，法國(guó)，伊朗，日本，韓國(guó)等其他國(guó)家的公路，鐵路隧道和水路運(yùn)輸隧道中使用。已使用。煤礦隧道已進(jìn)行了數(shù)千次有效的地質(zhì)初步預(yù)測(cè)，得到了中國(guó)隧道工程技術(shù)人員的廣泛認(rèn)可，并成功應(yīng)用于國(guó)內(nèi)公路隧道，鐵路隧道，水路運(yùn)輸隧道和煤礦隧道。

二、瞬變電磁超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)及其應(yīng)用

瞬變電磁方法可以分為兩類，即接地的和不接地的，具體取決于磁場(chǎng)源。隧道正向預(yù)測(cè)使用不接地的環(huán)路，來(lái)自磁源的電流突然降至零，并在其周圍產(chǎn)生快速變化的磁場(chǎng)和電場(chǎng)。快速變化的磁場(chǎng)是在地面上形成渦流的激勵(lì)源，并以兩種方式傳播到地下介質(zhì)。第一種方法是使用光速的電磁波直接從空氣傳播到地球表面的各個(gè)點(diǎn)，并將一些能量傳遞到地面，這種基本磁場(chǎng)是不平坦的平面波，垂直于磁場(chǎng)傳播。是的。第二種方法是電磁能直接從場(chǎng)源位置傳播到地面，并且均勻的半空間中的受激電流隨時(shí)間逐漸散布，例如“煙圈”。

在工程中，瞬變電磁法的應(yīng)用主要集中在脂質(zhì)疾病的初步研究上，但是初步研究數(shù)據(jù)通常不夠準(zhǔn)確。在建造深長(zhǎng)的隧道時(shí)，通常很難完全滿足初步的地質(zhì)調(diào)查，鉆探和地球物理數(shù)據(jù)的要求，從而可以在構(gòu)造過(guò)程中主動(dòng)地對(duì)各種地質(zhì)疾病進(jìn)行地質(zhì)預(yù)測(cè)以及各種檢測(cè)方法，這很重要。

三、超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)在銅鑼山隧道工程中的應(yīng)用

銅鑼山屬于川東侵蝕構(gòu)造中平行山脊山谷的中低山丘陵。海拔為156m（長(zhǎng)江），相對(duì)高度差為898m，一般海拔為500-700m，山體較厚，峽谷發(fā)達(dá)。樹木，灌木和經(jīng)濟(jì)林生長(zhǎng)，植被范圍約為40-50%。在該通道的東西兩側(cè)，有石橋鋪～雙河場(chǎng)～石波場(chǎng)和大竹～漣水～石雪場(chǎng)的山丘，通常海拔在300～400m。該隧道位于銅鑼山背斜中段，在四川省臨水縣東南約5公里處，位于臨水縣元石鎮(zhèn)和城南鎮(zhèn)管轄。

滑坡發(fā)生在DL06合同區(qū)隧道左側(cè)的K35 + 760～K35 + 732段之間的30m之內(nèi)。車身結(jié)構(gòu)缺乏，縫隙發(fā)展，泥漿充填和圍巖穩(wěn)定。

銅鑼山隧道DL06合同段左側(cè)開挖里程達(dá)到K35 + 222，DL05合同段的左側(cè)開挖里程達(dá)到K34 + 085，右行達(dá)到Y(jié)K34 + IIO。斜坡喀斯特谷谷地段初步調(diào)查地質(zhì)資料表明，該段為純石灰?guī)r，發(fā)生了接縫斷裂，巖溶可以非常發(fā)育。為響應(yīng)巖溶水問(wèn)題，瞬變電磁系統(tǒng)從1月8日開始對(duì)桐廬烏山隧道門口的兩個(gè)收縮段進(jìn)行預(yù)測(cè)，并完成了對(duì)600多米洞段的12個(gè)初步預(yù)測(cè)。每個(gè)預(yù)測(cè)的距離從30m到75m不等，預(yù)測(cè)距離的長(zhǎng)度主要取決于檢測(cè)期間信號(hào)的干擾程度。

四、超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)未來(lái)發(fā)展

有許多預(yù)測(cè)隧道前向的方法和技術(shù)，結(jié)果復(fù)雜。對(duì)高級(jí)預(yù)測(cè)進(jìn)行綜合分析是一種高級(jí)思想，但是電磁波，地震波和瞬變等各種技術(shù)方法的基礎(chǔ)理論是對(duì)高級(jí)預(yù)測(cè)進(jìn)行綜合分析的起點(diǎn)。應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)電磁場(chǎng)的研究，基礎(chǔ)理論的突破性進(jìn)展可導(dǎo)致先進(jìn)的預(yù)測(cè)技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展，否則只能在論文中討論預(yù)測(cè)精度的提高。

數(shù)據(jù)結(jié)果的綜合分析可以使用更多的數(shù)學(xué)模型，并且可以使用新的數(shù)學(xué)工具對(duì)各種復(fù)雜的地質(zhì)條件進(jìn)行非線性模擬預(yù)測(cè)。

隧道動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)和施工的信息化和自動(dòng)化是未來(lái)的必然趨勢(shì)，該系統(tǒng)還應(yīng)結(jié)合先進(jìn)的地質(zhì)預(yù)測(cè)綜合分析系統(tǒng)，首先要實(shí)現(xiàn)整個(gè)分析過(guò)程的自動(dòng)化信息化，全面的超前預(yù)測(cè)您需要構(gòu)建系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)。基于對(duì)2D的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)以及對(duì)隧道3D空間中各種高級(jí)預(yù)測(cè)方法的解釋和研究，將3D可視化3D預(yù)測(cè)和預(yù)測(cè)系統(tǒng)設(shè)置為在施工過(guò)程中以及手掌中的3個(gè)有缺陷的地質(zhì)體時(shí)自動(dòng)發(fā)出警告。實(shí)現(xiàn)了尺寸可視化仿真，因此您可以更直觀地了解手掌正面的情況，并提出了構(gòu)建方法作為目標(biāo)。