靳 川

中鐵二十局集團(tuán)第二工程有限公司 北京市 100000

【摘 要】在我國(guó)的基本建設(shè)中，隧道工程已經(jīng)占據(jù)了極為重要的位置，由于隧道受地形條件和技術(shù)水平等因素的制約，隧道施工工程備受關(guān)注，對(duì)隧道施工的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)也成為了隧道施工中不可缺少的部分。

【關(guān)鍵詞】隧道；地質(zhì)超前預(yù)報(bào)；方法

隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)工作作為施工重要組成部分，在隧道工程建設(shè)中得到了廣泛的重視，并已在許多隧道工程招標(biāo)文件中有明確要求且在施工中實(shí)施，但不容忽視的是片面強(qiáng)調(diào)并強(qiáng)行規(guī)定使用某一種物探設(shè)備進(jìn)行施工地質(zhì)超前預(yù)報(bào)、忽視隧道施工期地質(zhì)工作的現(xiàn)象仍普遍存在，對(duì)隧道施工地質(zhì)超前預(yù)報(bào)工作方法仍然缺乏足夠的認(rèn)識(shí)，這樣，不利于提高隧道施工地質(zhì)預(yù)報(bào)的水平和準(zhǔn)確性。

1.地質(zhì)超前預(yù)報(bào)的內(nèi)容

（1）不良地質(zhì)及災(zāi)害地質(zhì)預(yù)報(bào)：預(yù)報(bào)掌子面前方15 ～ 100 m 范圍內(nèi)有無(wú)突水、突泥、坍塌、有害氣體等災(zāi)害地質(zhì)，查明其范圍、規(guī)模和性質(zhì)，并對(duì)其提出施工措施意見(jiàn)。

（2）斷層及其破碎帶的預(yù)報(bào)：主要預(yù)報(bào)斷層的位置、寬度、產(chǎn)狀、性質(zhì)、充填物的狀態(tài)，是否為充水?dāng)鄬?，并判斷其穩(wěn)定性程度，提出施工對(duì)策。

（3）水文地質(zhì)預(yù)報(bào)：預(yù)報(bào)洞內(nèi)涌水量大小及其變化規(guī)律，并評(píng)價(jià)其對(duì)環(huán)境地質(zhì)、水文地質(zhì)的影響。

（4）圍巖類別及其穩(wěn)定性的預(yù)報(bào)：預(yù)報(bào)開(kāi)挖面前方的圍巖類別與設(shè)計(jì)是否吻合，并判斷其穩(wěn)定性，隨時(shí)提出修改設(shè)計(jì)，調(diào)整支護(hù)類型，確定二次襯砌時(shí)間的意見(jiàn)，報(bào)專家組審批。

（5）查明并預(yù)測(cè)隧道內(nèi)有害氣體含量、成分及動(dòng)態(tài)變化。

（6）查明并預(yù)測(cè)膨脹巖的膨脹力、膨脹量及主要礦物成分，為工程防治提供可靠依據(jù)。

2.地質(zhì)超前預(yù)報(bào)方法

地質(zhì)超前預(yù)報(bào)可采用地質(zhì)調(diào)查法、超前鉆探法、物探法和超前導(dǎo)坑預(yù)報(bào)法，各預(yù)報(bào)方法應(yīng)包括下列內(nèi)容：

（1）地質(zhì)調(diào)查法：包括隧道地表補(bǔ)充地質(zhì)調(diào)查、洞內(nèi)開(kāi)挖工作面地質(zhì)素描和洞身地質(zhì)素描、地層分界線及構(gòu)造線地下和地表相關(guān)性分析、地質(zhì)作圖等。

（2）超前鉆探法：包括超前地質(zhì)鉆探、加深炮孔探測(cè)及孔內(nèi)攝影。

（3）物探法：彈性波反射法、地震波反射法（探測(cè)距離：在軟弱破碎地層或巖溶發(fā)育區(qū)，一般預(yù)報(bào)距離100 m 左右，不宜超過(guò)150 m；在巖體完整的硬質(zhì)巖地層，預(yù)報(bào)距離120～180m，不宜超過(guò)200 m）、水平聲波剖面法和陸地聲納法（探測(cè)距離：在軟弱破碎地層或巖溶發(fā)育區(qū)，一般預(yù)報(bào)距離20～50m，不宜超過(guò)70 m；在巖體完整的硬質(zhì)巖地層，預(yù)報(bào)距離50～70 m，不宜超過(guò)100 m）、負(fù)視速度法（探測(cè)距離：在軟弱破碎地層或巖溶發(fā)育區(qū)，一般預(yù)報(bào)距離30～50 m，不宜超過(guò)70 m；在巖體完整的硬質(zhì)巖地層，預(yù)報(bào)距離50～80 m，不宜超過(guò)100m）等。

（4）電磁波反射法：地質(zhì)雷達(dá)、紅外探測(cè)、高分辨直流電法等。

（5）超前導(dǎo)坑預(yù)報(bào)法：包括平行超前導(dǎo)坑法、正洞超前導(dǎo)坑法等。

3.隧道施工中不良地質(zhì)超前預(yù)報(bào)方法分析

3.1常規(guī)預(yù)報(bào)法

3.1.1地質(zhì)法地質(zhì)超前預(yù)報(bào)

地質(zhì)法隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)主要根據(jù)隧道內(nèi)外地質(zhì)調(diào)查結(jié)果和隧道施工掌子面地質(zhì)條件調(diào)查結(jié)果，如巖體結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀及發(fā)育狀況、巖體破碎程度、巖石的變質(zhì)程度等的變化特征，通過(guò)地質(zhì)作圖及構(gòu)造相關(guān)性分析，由地面構(gòu)造產(chǎn)關(guān)推測(cè)隧道穿越深度位置的出露位置，由掌子面巖體結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀及發(fā)育狀況、巖體破碎程度、巖石的變質(zhì)程度等變化特征推測(cè)掌子面前方可能出現(xiàn)的構(gòu)造及其性質(zhì)，進(jìn)行超前預(yù)報(bào)。主要預(yù)報(bào)隧道掌子面前方存在的斷層、不同巖類間的接觸界面，特別是火成巖與沉積巖間的接觸界面、隧道前方圍巖的穩(wěn)定性及失穩(wěn)破壞形式等。通過(guò)分析其走向、分布高程、坡度及其與隧道平面空間關(guān)系調(diào)查高預(yù)測(cè)隧道施工可能遇到的隧道施工揭穿造成的涌水和坍方。

3.1.2超前導(dǎo)坑（平行導(dǎo)坑）法

采用超前平行導(dǎo)坑或隧道進(jìn)行隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)，應(yīng)做好以下工作：超前平行隧道或?qū)Э邮┕に龅刭|(zhì)情況記錄；必要的測(cè)試試驗(yàn)（巖石、體聲速測(cè)試和巖石強(qiáng)度試驗(yàn)等）；地質(zhì)作圖。主要是隧道穿越地層分布及產(chǎn)狀、巖性、構(gòu)造分布及產(chǎn)狀、不良地質(zhì)體帶分布、特殊地層分布、涌水及坍方點(diǎn)分布等的平面展示；按超前平行導(dǎo)坑或超前平行隧道與施工隧道的平面關(guān)系，根據(jù)既有隧道或超前平行導(dǎo)坑或超前隧道施工所遇地質(zhì)情況，通過(guò)計(jì)算、相關(guān)性分析，推測(cè)隧道裝飾遇到的地質(zhì)情況。

3.1.3超前水平鉆孔預(yù)報(bào)法

這一預(yù)報(bào)方法是將鉆機(jī)設(shè)備移入隧道之內(nèi)，按照水平方向鉆進(jìn)，根據(jù)鉆機(jī)鉆進(jìn)的速度測(cè)試、巖芯采取率、強(qiáng)度鑒定等數(shù)據(jù)，來(lái)推斷隧道掌子面前方的巖層節(jié)理構(gòu)造、巖體的地形構(gòu)造等大概情況，隧道施工人員可以對(duì)這些檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，如：對(duì)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(fā)育；如果巖芯采取率高，則表示巖體沒(méi)有裂縫，完整性良好，完成地質(zhì)超前預(yù)報(bào)。但是，這種超前水平鉆孔預(yù)報(bào)方法也有其局限性，即往往出現(xiàn)隧道施工中，由于這種方法的“一孔之見(jiàn)”而導(dǎo)致不良地質(zhì)體的漏報(bào)，使之無(wú)法準(zhǔn)確預(yù)報(bào)復(fù)雜的地質(zhì)地形條件，對(duì)隧道掌子面前方的小斷層及與軸線平行的斷面也無(wú)法進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，還有待于更多的探索和實(shí)踐應(yīng)用。

3.2地球物理超前預(yù)報(bào)方法

利用聲波，超聲波、地震波及電磁波在地層中傳播、反射，通過(guò)信號(hào)采集系統(tǒng)接收反射信息號(hào)，判釋隧道掌子面前方反射界面（斷層、軟弱夾層等）距隧道掌子面的距離來(lái)進(jìn)行隧道施工期地質(zhì)超前預(yù)報(bào)。它以地質(zhì)介質(zhì)的導(dǎo)電性質(zhì)、導(dǎo)熱性質(zhì)等的不同差異為物理基礎(chǔ)，有其適用的范圍和優(yōu)劣特性，主要有以下幾種：

3.2.1地震波反射超前預(yù)報(bào)法

這種方法包括TSP203預(yù)報(bào)法，它是采用回聲測(cè)量原理，從震源點(diǎn)激發(fā)地震波，隧道內(nèi)部遇到巖體則會(huì)產(chǎn)生阻抗界面，其地震波的反射信號(hào)被高靈敏度的地震三分量檢波器接收，從而在軟件的評(píng)估和分析下，完成對(duì)隧道施工的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)。它尤其適宜于具有彈性差異的地質(zhì)體，但是對(duì)于含水的地質(zhì)體無(wú)法進(jìn)行識(shí)別，是其主要缺陷。

3.2.2地質(zhì)雷達(dá)超前預(yù)報(bào)法

這種方法由于對(duì)含水地質(zhì)體比較敏感，因而可以用于對(duì)隧道前方含水地質(zhì)體的辨識(shí)和定位。它是借助于電磁波的原理，將高頻寬帶短脈沖發(fā)射入隧道前方地層中，前方的不良地質(zhì)體對(duì)其進(jìn)行反射，從而推斷出隧道前方不良地質(zhì)體的深度和形狀等特征，完成超前地質(zhì)預(yù)報(bào)。

3.2.3瞬變電磁超前預(yù)報(bào)方法

它也可以對(duì)含水地質(zhì)不良體進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)報(bào)，它是采用磁性源，向隧道前方的地質(zhì)體發(fā)射一次場(chǎng)，再由低阻目標(biāo)感應(yīng)渦流產(chǎn)生二次場(chǎng)，根據(jù)時(shí)間和距離的探測(cè)，得知隧道前方的地質(zhì)條件，完成超前預(yù)報(bào)功能。

3.2.4隧道核磁共振超前預(yù)報(bào)法

這種超前預(yù)報(bào)方法是運(yùn)用了核磁感應(yīng)和能級(jí)躍遷的觀點(diǎn)，探測(cè)隧道前方含水地質(zhì)體中水的氫質(zhì)子的弛豫特性而產(chǎn)生核磁共振現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)隧道前方的含水地質(zhì)體的水體定位和預(yù)報(bào)功能。目前，已在我國(guó)的施工中得以成功應(yīng)用和推廣。另外，還有一些隧道施工地質(zhì)超前預(yù)報(bào)方法，諸如：隧道激發(fā)極化技術(shù)、單孔定向雷達(dá)技術(shù)、地震波探水技術(shù)等，還需要我們進(jìn)一步探索和攻關(guān)，為推動(dòng)隧道施工地質(zhì)超前預(yù)報(bào)起到重要作用。

結(jié)語(yǔ)

不同的地質(zhì)特長(zhǎng)其地質(zhì)預(yù)報(bào)的情況也是不同的，在隧道施工中，其超前的預(yù)報(bào)方法也不斷開(kāi)發(fā)并加以實(shí)踐，這樣可以使其在不同的范圍和條件下都適用。因此我們要做好從超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的實(shí)際情況，根據(jù)隧道地形勘察的調(diào)查數(shù)據(jù)分析，選取不同的超前預(yù)報(bào)方法，對(duì)分析預(yù)報(bào)結(jié)果進(jìn)行不斷的總結(jié)，結(jié)合傳統(tǒng)預(yù)報(bào)技術(shù)，不斷提高預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確率，，研發(fā)出適用于隧道施工環(huán)境的超前預(yù)報(bào)方法，從而起到指導(dǎo)施工、預(yù)防事故的目的，在實(shí)踐的運(yùn)用中積累技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)。

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