隧道施工超前地质预测预报综合技术方法研究

隧道施工超前地质预测预报综合技术方法研究

刘涛

中国水电八局湖南长沙410000

摘要：隧道地质超前预测是隧道安全施工的重要保证。由于地质条件的复杂性和不确定性，隧道施工期间会发生地质灾害。因此，高级预测成为隧道施工的重要组成部分。然而，目前大多数基于经验预测的预测方法，其准确性有待进一步提高。

关键词：隧道；超前；地质预测；综合技术

前言：

本论文采用了在不同的隧道中采用不同预报方法对隧道掌子面前方地质情况进行预报，然后对预报结果进行总结，得到隧道超前地质预报的有效方法，为下一步的隧道施工提供了经验。

1.超前地质预报的目的与意义

在铁路和公路隧洞施工中对所涉及工程地质环境的掌握程度是非常重要的，是确保工程建设顺利进行的决定性因素。尽管施工前勘察设计单位做了大量的地质勘察工作，但只是停留在表面地质调查和深层钻探，而钻探又只是一孔之见，且费用极其昂贵，不可能面面俱到，所以设计资料所提供的地质资料与实际施工所遇到的地质情况差别较大，在这种情况下，超前地质预报正好发挥其长项，尤其是综合物探超前地质预报，不仅方法种类较多、灵活多样、耗时短，而且解决了传统地质调查或水平钻探测费时费力的难题。它可对隧道掌子面前方的断层破碎带的展布状态、岩体完整性、含水状况等影响正洞施工的不良地质体作出详细的描述，是对勘测设计资料的补充和完善。根据预报结果：

1）可以变更及优化与勘测结果不符区段的隧道设计；

2）指导正洞的正确施工，避免发生坍方、突泥突水等灾害；

3）指导制定正确的隧道施工组织，做到事先心中有数，缩短或不推迟施工工期等。因此具有重要的推广价值。

社会和经济效益分析

1)变更及优化设计。根据预报结果，即时变更及优化设计。根据预报结果，即时变更或优化设计，使隧道建成安全、经济和优质工程，具有显著的经济社会效益；

2)避免许多因地质情况突变而发生的大坍方、突泥突水等灾害等。坍方、突水等灾害的发生，往往造成伤亡事故，延误工期的严重后果，尤其像大型的TBM掘进机，超前地质预报更是必不可少，否则会造成机毁人亡，其经济损失是巨大的，因此超前地质预报的应用与推广社会经济效益是巨大的。

(3)制定正确的施工组织，可快速施工，缩短或避免延误工期。

而艰巨的任务，尚需在工程实践中不断创新、优化、总结、完善和提高，要真正搞好隧洞施工超前预报任重道远。

2地质预测预报综合技术方法分类以及运用

2.1综合技术方法分类

综合性的超前预测预报技术据具体包括多种方面，对其进行分类概括时，可以结合距离因素进行划分。划分形式有以下两种形式：长距离与短距离的预测预报技术。

1）长距离的预测技术是通过运用长距离超前的水平钻孔技术来提高对隧道施工质量的保障，并且通过地震波预测出隧道周围地质状况，以便为隧道施工清除障碍。

2）短距离的预测技术则采用地质素描、红外探测等技术来加强对地质的探测，并且这些技术的具体使用也因自身的性质不同而有所差异，因此在施工过程中，应结合施工的不同情况选用不同的技术方案。TSP隧道地震波预报预测技术不能对掌子面附近的地下水活动的状况进行直接的探测，但是却能够反映出断层带、不良地质夹层等的变化过程，为隧道施工提供有力的信息。反射波技术对隧道地质的预测预报来说是一种行之有效的方法，这种方法在TSP系统中得到了很好的运用，具体以地震波的形式反映出来，通过此方式可以较为精确的预测出隧道周围的地质状况。地震波的具体反射信号是通过爆破来得以实现的，并此声音会向周围进行扩散，在此基础上，地震波也会向隧道前方散去。此项技术的具体执行过程是通过利用信号的反射方向以及时间来确定隧道施工的角度以及轴线的位置，并且也可以探测出隧洞上下方的岩石变化带的位置。

2.2超前钻孔技术

使用超前钻孔技术可以提高隧道施工预测预报的速度，并且在预测技术中占据重要的地位，是一种常用的、直接的方法。该项技术具有的优势可以对其它探测方式进行补充和验证，为施工的质量又增强了一定的保障。除此之外，超前钻孔技术也可以直接准确的反映出隧道掌子面前方的地理特征，精确的预测出隧道周围的地质情况。在探测地质情况的过程中，采用此技术可以有效的改善地质的异常体结构以及含水状况，同时也为隧道的开挖以及后期的运营工作提供了保障。超前钻孔技术的具体应用是通过借用水平钻机实现对水平地质的钻探，以此获取地质信息。超前钻孔法与物探方法相比，拥有更好的客观性以及直观性，但是具有高成本、时间长的弊端。

2.3地质雷达物理方法

工程质量的勘察与控制必须依靠较高的分辨率，这种分辨率可以由地质雷达的物理方法来实现。运用此项技术可以及时的发现隧道前方地质的变化，也能对破碎带、含水带等地质状况进行勘测，也可以甄别出富水地层的位置，探测出溶洞地区。其工作过程是将高频的电磁波以脉冲的方式发射到地下，以此与雷达技术进行结合来接受相关的信息。因为地层系统的电磁特性与其他介电常数不同，所以电磁在与不同性质的材料结合时会发生反射或投射现象。在地下的波速能够已知时，可以根据观测到的精确值进行定位和深埋，进而对观测点进行的速度实行探测，依据雷达反射出的额波形，可以对其进行数据处理，并且从中获得有利信息，进而构造出信息的剖面图像，以便掌握施工现场的平面分工状况。

2.4地质素描法

地质素描法是一种综合性较强的方法，此方法中集合了洞体展示图、隧道横断面以及纵断面等方法。其中纵断面主要是依据前期的隧道轴线以及地质勘察质量进行制作的，使用此方法可以掌握隧道的构造、保证施工的质量。地质素描法也可以探测出隧道前方的水文与地质状况，为施工工作人员设置合理的解决方案提供了便利。除了优点之外，地质素描法也具有一定的局限性，其执行时间长延误了隧道施工的工期。

2.5红外探水仪技术

对地下水活动进行预测预报可以采用红外探测技术，这是一种应用比较普遍的探测技术。这种技术是应用在遥感技术基础之上，并且通过在隧道中发射电磁波来把地质信息释放出来，比如地质的能量、密度等信息。红外探测仪具体应用的过程中，会依据红外辐射对地下水活动做出不同的反映，之后依据不同的强度以及影响力来获得相关数据，根据这些测量出的信息会确定出地层的含水结构，以及隐伏水所在的空间位置。

结束语：

随着人们安全意识的提高，在隧道施工中超前地质预报也显得尤为重要，目前几乎所有的隧道施工都要求使用超前地质预报方法进探测，以综合物探法应用最多。主要是因为几乎所有的综合物探超前地质预报都表现为设备轻便，现场探测装置布置简单，占用施工时间少，资料处理迅速，结果直观。但由于所有的物探探方法都难排除干扰，容易造成多解性。所以在综合物探超前地质预报操作过程中要紧密结合地质调查资料，对探测过的地段注意跟踪调查，积累经验，掌握规律，提高探测结果的准确性。虽然综合物探超前地质预报存在很多优点，具有无可比拟的优越性，但它也有许多不足之处，如外业操作中随机干扰多，人为因素夹杂较多，而且每种方法要注意它的应用条件。

参考文献：

［1］何樵登、熊维纲，应用地球物理教程－地震勘探，北京：地质出版社，1992

［2］李大心，探地雷达方法与应用，北京：地质出版社，1994

［3］铁道第四勘察设计院，铁路工程物理勘探规程，中华人民共和国铁道部，2004

［4］陈仲侯、王兴泰，工程与环境物探教程，北京：地质出版社，1993

［5］王振东，浅层地震勘探应用技术，北京：地质出版社，1988

［6］交通部第一公路勘察设计院，公路工程地质勘察规范，中华人民共和国交通部，1999