1、浅谈隧道超前地质预报方法与分析摘要本文阐述了隧道介质物性差异特点分析和常见物探超前预报方法，隧道超前地质综合预报方法体系和组织机构。而不同的地质情况所采取的地质预报手段也不同，故针对具体工程需选取合适的预报方法。关键词 隧道工程超前地质预报 综合分析 雷达 中图分类号：U45 文献标识码：A 文章编号： 1 前言 随着我国铁路公路路网建设的发展，很多长距离、高海拔、大埋深的隧道开始修建，但由于隧道所在地的地质背景和工程地质条件千差万别，针对不同工程地质背景的隧道需采用不同的超前地质预报方法，目前常用的方法有常规地质素描判断、TSP203、超前地质探孔、超前导坑、地质雷达。 2 常用地质超前预报
2、方法 2.1 地质素描判断法 沿线地表的地质素描包括：地层岩性特征，结构面性质及岩性产状，断层，地下水出露点，地表塌陷坑洞等。 2.2 TSP203 TSP203 是采用了回声测量原理。地震波在指定的震源点（在隧道的右边墙，大约 24 个炮点布成一条直线）用小量炸药激发产生。地震波在岩石中以球面波形式传播。当地震波遇到岩石物性界面(即波阻抗差异界面，例如断层、岩石破碎带和岩性变化等)时，一部分地震信号反射回来,一部分信号透射进入前方介质。反射的地震信号将被高灵敏度的三分量传感器接收。TSP203 超前地质预报系统采取“多点激发、一点接收”的测量方法，多点激发产生的地震波相互跟踪检验，故能提供一
3、种精确的测量。反射信号的强弱与反射界面两侧的岩性有很大关系,反射界面两侧的岩性差异越大，反射回来的信号越强，预报的范围也就更大。 图 1TSP203 现场测试炮眼示意图 2.3 超前地质探孔 此方法为目前地质超前预报中最直接有效的方法，它可直观的反映出掌子面前方一定距离内的地质情况。依据钻机在钻进过程中的推力、扭矩、钻速、成孔难易、出水情况以及对所取岩芯的分析，可较好的判断掌子面前方的岩层岩性及含水状态，指导施工有针对性的及时调整施工方案。 长距离探孔和短距离探孔相结合，长距离探孔探查长度不少于 60m，搭接 5m，地质构造复杂地区搭接 10m20m，一般不少于 3 孔贯通，孔均带一定角度外插
4、角，复杂地质构造地段不少于 6 孔贯通，钻探中遇见异常时再增加 30m 短距离超前钻探。隧道每一循环小断面掘进 2.5m3.5m,在每一循环小断面掘进之前首先进行一次掌子面前方和周边的 5m 超长炮眼探测。当超前钻孔有水时，做水压、水量的测量工作，并绘制时间-水压-降雨量和时间-水量-降雨量曲线。图 2 为某隧道的超前探孔示意图，长距离探孔为 6 孔，呈品字行布置，外插角为 15，底部 2 孔 10俯角，中间一孔水平布置。5m 超长炮眼为 17 孔，隧底及周边为 13 孔，均带30的外插角，中间 4 孔水平布置。 图 2 隧道超前探孔布孔图 2.4 超前导坑 超前导坑包括超前正洞导坑和平行导坑
5、法两种。此两种方法均是以小断面形式开挖，超前正洞全开挖面 100200m，通过对导坑开挖过程中遇到的岩溶、夹煤气层、含水状况、岩石构造、结构面产状变化等来有效指导正洞全断面的开挖。而依据隧道开挖支护理论，正洞小断面的开挖会扰动围岩引起应力重分布，产生二次应力场，不利于发挥围岩的自稳能力。故一般建议在级及以上围岩地层可施做小断面开挖，在、级围岩地层最好全断面开挖一次通过。岩溶及岩溶管道发育，其预报的准确性将明显降低。 2.5 地质雷达 地质雷达（GPR）是利用频率介于 106109Hz 的无线电波来确定地下介质的一种地球物理探测仪器。岩溶洞穴、破碎带、岩溶水与完整围岩存在明显的电性差异，对地质雷
6、达发射的电磁波能形成强反射界面，故可用地质雷达来探测此类不良地质体。 探地雷达的基本原理如图 3 所示。发射天线将高频短脉冲电磁波定向送入地下，电磁波的传播取决于地质体的电性如电导率和介电常数 。电导率 主要影响电磁波的穿透深度，介电常数 决定电磁波在地质体中的传播速度，对所采集的数据进行相应的处理后，可根据反射波的传播时间、幅度和波形，判断地下目标体的空间位置、结构及其分布。其中，目标体与介质间的电性差异越大，二者的界面就越清晰，表现在雷达剖面图上就是同相轴不连续。 图 3GPR 原理示意图4 由于地质雷达预报距离短，一般在 20m25m，同时易受洞内管线、机器等导电导磁体的干扰，故一般用于隧道开挖后隧道底部和周边的隐伏岩溶检测和衬砌厚度检测。 3 结语 地质超前预报系统的应用，可较好的探测工程施工段的地质情况，合理有效的指导施工，保障施工安全，保证施工工期。故应该将超前地质预报作为一道工序纳入施工组织设计，贯穿整个施工过程。 提高地质预报工程师的理论水平，将各种物探手段判译信息与实际开挖情况相比对，促进各种物探仪器的改进，提高设备精度，更好的服务于生产建设。
