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摘要：喀斯特地貌隧道工程的施工过程中经常会遇到岩溶、承压水、断层、突泥涌水、洞穴充填物及坍塌、洞顶地表塌陷、瓦斯等地质灾害，施工风险高、难度大。本文主要对几种当前常用的超前地质预报方法分别进行了阐释，根据各自在实际施工应用中的优势和不足，明确了建立“长短结合，挖探结合”的综合超前地质预测预报体系和搭建综合超前地质预报管理平台的重要性和必要性。
关键词：喀斯特；隧道；综合；超前地质预报；探讨
Abstract: the karst landform tunnel construction of the karst, we often encounter confined water, fault, micro mud water gushing, caves fillings and collapse, DongDing surface subsidence, gas, and other geological disasters, construction, high risk is difficult. This paper focuses on several current advance geological forecast methods are expounded respectively, in actual construction according to their respective advantages and disadvantages of the application of, made clear the build "accident combines, dig agent combination" comprehensive early geological forecast system and set up the comprehensive advance geological forecast the importance and necessity of the management platform.
Keywords: karst; Tunnel; Comprehensive; Advance geological forecast; explore
中图分类号：U416.1+61文献标识码：A 文章编号：
引言
喀斯特地貌（karst landform），是具有溶蚀力的水对可溶性岩石进行溶蚀等作用所形成的地表和地下形态的总称，又称岩溶地貌。我国喀斯特地貌分布广、面积大。主要分布在碳酸盐岩 (石灰岩、白云岩、泥灰岩等)出露地区，面积约910000～1300000km2。其中以广西、贵州和云南东部所占的面积最大，是世界上最大的喀斯特区之一。近年来，我国东部发达地区高速铁路网的建设日趋成熟，2012年的国家“十二五”规划中明确指出未来五年将加快以西部为主的铁路建设。伴随着铁路建设西部大开发的不断进行，在喀斯特地貌地区修建的高速铁路工程越来越多，在隧道施工中遇到的岩溶、承压水、断层突泥涌水、洞穴充填物及坍塌、洞顶地表塌陷、瓦斯等地质灾害逐渐增多，对施工作业人员的生命安全造成重大威胁，并且不同程度的影响了施工进度。因此，在隧道修建过程中，如何利用超前地质预报这一手段预知前方地质情况，保证工程能够安全、顺利进行，是隧道施工的重中之重。本文以某隧道施工为例，对上述地质超前预报中常用的几种方法，进行了一些探讨。
超前地质预报方法
某隧道超前地质预报是根据地质资料对隧道各段落地质复杂程度进行分级，针对不同的地质条件，结合经济、适用性方面的考虑，制定多种地质预报手段的最优组合方案进行超前地质预报工作。该隧道超前地质预报分级预报组合方案见下表1。
地质素描
地质素描是开挖后对掌子面及掌子面附近开挖段地层岩性、构造特征、不良地质及水文地质特征进行详细观察、采集数据并记录。根据已有的勘察资料和其他预报手段探测成果，从岩性、岩体完整性、出水量大小等方面进行大范围、前后左右对比，宏观把握地层岩性等的变化。对于地层颜色、软硬程度、节理裂隙发育状况、出水量与周围岩体发生明显差异的部位，进行重点详细观察，通过手锤、锤击、采集样本详细观察，查明差异的性质，分析造成差异的原因。而后根据现场地质素描获得的地质信息，依据工程地质现象发生的一般规律（地质前兆），结合勘察资料、其他预报手段成果进行综合分析判断，预测预报前方工程地质条件，对于可能发生重大地质异常的地段，提出进行进一步核实预报的措施手段。
地质素描应随隧道开挖及时进行，对地层岩性变化点、构造发育部位、岩溶发育带附近等复杂、重点地段，每个开挖循环进行一次素描，一般地段素描间隔不应超过10m。所需工具包括外业包，笔记本，地质罗盘仪，地质锤，笔记本，数码相机等。
与其他较为复杂的超前地质预报方法相比，地质素描是一种比较简单、实用的预报方法，能够直接反映掌子面附近的直观地质情况，在隧道埋深较浅、地质构造不太复杂的情况下预测准确性较高，是验证和提高其他预测方法准确性的基础手段，同时与其他方法相比对隧道施工其他工序和施工进度干扰最小。地质素描的不足之处主要在于预报距离过短，人员素质要求高，需掌握较丰富的地质学理论知识和现场工作经验。
地质雷达
地质雷达是应用电磁波反射原理进行探测的预报方法，能够对地质异常体的位置、规模、性质进行短距离的精确预报。同时与其他预报方法只是对掌子面前方进行预测不同的是，地质雷达能够对隧道底部、边墙、拱顶或其它可能隐伏岩溶洞穴的出水部位进行探测，而且效果较好，且简便易行，可随到随测，地质雷达监测技术又称无损监测，就随到施工中的其他方面如施工质量监测等有长足运用，是现阶段隧道施工领域较常采用的预报方法。预报精度随预报长度降低，一般预报长度较TSP203短。
地质雷达工作时，在雷达主机控制下，脉冲源产生周期性的毫微秒信号，并直接馈给发射天线，经由发射天线耦合到隧道掌子面前方的信号在传播路径上遇到空洞、暗河、裂隙、岩溶等时，产生反射信号。位于掌子面上的接收天线在接收到掌子面前方的回波后，直接传输到接收机，信号在接收机经过整形和放大等处理后，经电缆传输到雷达主机，经处理后，传输到微机。在微机中对信号依照幅度大小进行编码，并以伪彩色电平图/灰色电平图或波形堆积图的方式显示出来，经事后处理并结合相关地质资料综合分析，可以推断掌子面前方一定距离内的地质构造，如存在异常介质体，亦可判断其距离掌子面的距离、方位、形态及其分布范围。
地质雷达主要适用于岩溶、断层、宽张裂隙、软弱夹层的探测，一次预报范围应不大于30m，在岩溶发育地段的有效探测长度则应根据雷达波形判定，前后两次重叠长度不小于5m。
超前水平钻探
超前水平钻探是一种直观、有效的超前地质预报方法, 根据钻进速度判定钻机在相同岩层中的钻进速度是否均一,结合隧道开挖揭示的地層岩性,根据钻机在钻进过程中的速度变化、是否有卡钻现象等,判断前方岩体的完整程度以及是否存在不良地质体。通过对在钻孔过程中被高压风吹出的岩粉成分的鉴定,可了解前方地质体的性质。通过冲洗液颜色的变化,以及冲洗液所含杂质成分的鉴定，可判定前方是否存在不良地质体以及不良地质体性质、发育的深度和规模，更换钻头可以进行岩芯取样，易于加工成式样以便试验室定量分析。
根据地质条件复杂程度，每循环钻孔数量分为1孔、3孔、5孔，钻孔立角、偏角等参数根据开孔位置调整，保证钻孔终孔位置在隧道开挖轮廓线外3m，地质条件复杂时应达到开挖轮廓线外5m。验证TSP、地质雷达物探异常的钻孔布设位置依据物探异常的位置具体确定。超前钻孔开孔后应及时安装孔口管，以防止孔内涌水涌砂。连续钻进时，每循环30~100m，孔径70～150mm，断层破碎带、物探异常、煤系地层、可溶岩与非可溶岩接触带等地质条件复杂地段应采用长短钻孔相结合的方式，钻进长度受钻孔机械的控制。鉆探过程中应进行动态控制和管理，根据钻进情况可适时调整孔深，一般地段前后两循环钻孔重叠不小于5m，地质条件复杂地段重叠不小于8m。
超前地质钻探较其他预报方法来说是比较耗时的，困难的时候甚至要钻几个小时才能钻到计划深度，但是这种预报方法的预报效果好，精度高，能直观地体现钻孔所经过的地层岩性、岩体完整性、裂隙度、含水及水压力。与物探方法相比,它具有直观、客观的特点,不存在物探手段中出现的一图多解等问题。
加深炮孔
加深炮孔探测是利用风钻在隧道开挖工作面钻小孔获取地质信息的一种方法。加深炮孔适用于各种地质条件，应在每个开挖循环施做，沿开挖洞身周边均匀布置，根据地质复杂程度，正洞每循环7个，斜井及横洞每循环5个，孔深应较爆破钻孔加深3~5m，钻孔立角、偏角等参数根据开孔位置调整，保证钻孔终孔位置在隧道开挖轮廓线外2m，前后两循环加深炮孔位置适当错开，重叠不小于5m。
由于隧道开挖炮眼数量较多，且风钻打眼比较方便，能及时探明掌子面前方地质情况，在避免和减少了岩溶地段突泥、突水事故的发生有一定作用，加深炮孔属于隧道开挖作业工序中“打眼”环节，受围岩光面爆破等影响对掌子面周边探测范围有限，受人为影响较多，施工管理难度较大。
从以上对5种超前地质预报方法的阐述来看，我们可以作如下对比（见表2）：
几方面探讨
3.1综合超前地质预报管理平台的搭建
由上面的分析我们可以知道，在复杂的喀斯特地貌隧道工程的预报工作中不能仅仅依靠某一种超前地质预报方法，必须采用多种超前地质预报方法相结合的综合预报体系。那么，如何在建设过程中协调好预报和施工的关系，做到工作有序，互不干扰，并且能够尽可能发挥超前地质预报对施工的实际指导作用，就需要建立综合超前地质预报的管理平台。
在隧道物探结束后，尽快由专业预报单位将物探结果报施工单位，由施工单位总工程师组织专业预报单位共同对预报结果进行分析判释，提出结论性意见，并及时将相关资料同时分送建设单位、设计、监理单位。设计、监理单位在收到相关资料后，要及时对预报结果进行比对分析，提出工程处理措施，并将处理意见电子版集中反馈到建设单位。
3.2动态设计的持续跟进
设计单位应结合物探资料重点对设计施工措施的合理性、安全性、匹配性进行验证检查，动态调整设计参数，实行动态设计。若物探结果分析需要进行钻探或补充探测的，在钻探或补充探测结束后，由施工单位总工组织对综合预报结果进行分析，提出施工建议，及时将相关资料电子版传建设单位、设计、监理单位，设计单位应尽快对施工措施进行评估确认，或重新制定工程措施后由施工单位组织施工。
结束语
隧道超前地质预报是保证隧道施工安全、优化工程设计、实现施工信息化的重要基础。是确保施工安全和结构安全可靠的重要手段，是铁路隧道设计文件的重要组成部分，也是铁路隧道施工作业中关键的重要作业环节，是施工中不可缺少的关键工序，必须作为工序纳入施工组织管理。
由于每种超前地质预报方法均有自己的特长和不足之处，只有进行优势互补，互相验证，建立“长短相结合，物探与钻探相结合”的综合超前地质预测预报体系，明确综合超前地质预报的重要性和必要性，在隧道开挖前尽可能探明前方地质情况，尤其是岩溶发育情况，才能及时采取技术措施，有效规避工程建设风险，实现铁路工程六位一体管理目标。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：喀斯特；隧道；综合；超前地质预报；探讨
Abstract: the karst landform tunnel construction of the karst, we often encounter confined water, fault, micro mud water gushing, caves fillings and collapse, DongDing surface subsidence, gas, and other geological disasters, construction, high risk is difficult. This paper focuses on several current advance geological forecast methods are expounded respectively, in actual construction according to their respective advantages and disadvantages of the application of, made clear the build "accident combines, dig agent combination" comprehensive early geological forecast system and set up the comprehensive advance geological forecast the importance and necessity of the management platform.
Keywords: karst; Tunnel; Comprehensive; Advance geological forecast; explore
中图分类号：U416.1+61文献标识码：A 文章编号：
引言
喀斯特地貌（karst landform），是具有溶蚀力的水对可溶性岩石进行溶蚀等作用所形成的地表和地下形态的总称，又称岩溶地貌。我国喀斯特地貌分布广、面积大。主要分布在碳酸盐岩 (石灰岩、白云岩、泥灰岩等)出露地区，面积约910000～1300000km2。其中以广西、贵州和云南东部所占的面积最大，是世界上最大的喀斯特区之一。近年来，我国东部发达地区高速铁路网的建设日趋成熟，2012年的国家“十二五”规划中明确指出未来五年将加快以西部为主的铁路建设。伴随着铁路建设西部大开发的不断进行，在喀斯特地貌地区修建的高速铁路工程越来越多，在隧道施工中遇到的岩溶、承压水、断层突泥涌水、洞穴充填物及坍塌、洞顶地表塌陷、瓦斯等地质灾害逐渐增多，对施工作业人员的生命安全造成重大威胁，并且不同程度的影响了施工进度。因此，在隧道修建过程中，如何利用超前地质预报这一手段预知前方地质情况，保证工程能够安全、顺利进行，是隧道施工的重中之重。本文以某隧道施工为例，对上述地质超前预报中常用的几种方法，进行了一些探讨。
超前地质预报方法
某隧道超前地质预报是根据地质资料对隧道各段落地质复杂程度进行分级，针对不同的地质条件，结合经济、适用性方面的考虑，制定多种地质预报手段的最优组合方案进行超前地质预报工作。该隧道超前地质预报分级预报组合方案见下表1。
地质素描
地质素描是开挖后对掌子面及掌子面附近开挖段地层岩性、构造特征、不良地质及水文地质特征进行详细观察、采集数据并记录。根据已有的勘察资料和其他预报手段探测成果，从岩性、岩体完整性、出水量大小等方面进行大范围、前后左右对比，宏观把握地层岩性等的变化。对于地层颜色、软硬程度、节理裂隙发育状况、出水量与周围岩体发生明显差异的部位，进行重点详细观察，通过手锤、锤击、采集样本详细观察，查明差异的性质，分析造成差异的原因。而后根据现场地质素描获得的地质信息，依据工程地质现象发生的一般规律（地质前兆），结合勘察资料、其他预报手段成果进行综合分析判断，预测预报前方工程地质条件，对于可能发生重大地质异常的地段，提出进行进一步核实预报的措施手段。
地质素描应随隧道开挖及时进行，对地层岩性变化点、构造发育部位、岩溶发育带附近等复杂、重点地段，每个开挖循环进行一次素描，一般地段素描间隔不应超过10m。所需工具包括外业包，笔记本，地质罗盘仪，地质锤，笔记本，数码相机等。
与其他较为复杂的超前地质预报方法相比，地质素描是一种比较简单、实用的预报方法，能够直接反映掌子面附近的直观地质情况，在隧道埋深较浅、地质构造不太复杂的情况下预测准确性较高，是验证和提高其他预测方法准确性的基础手段，同时与其他方法相比对隧道施工其他工序和施工进度干扰最小。地质素描的不足之处主要在于预报距离过短，人员素质要求高，需掌握较丰富的地质学理论知识和现场工作经验。
地质雷达
地质雷达是应用电磁波反射原理进行探测的预报方法，能够对地质异常体的位置、规模、性质进行短距离的精确预报。同时与其他预报方法只是对掌子面前方进行预测不同的是，地质雷达能够对隧道底部、边墙、拱顶或其它可能隐伏岩溶洞穴的出水部位进行探测，而且效果较好，且简便易行，可随到随测，地质雷达监测技术又称无损监测，就随到施工中的其他方面如施工质量监测等有长足运用，是现阶段隧道施工领域较常采用的预报方法。预报精度随预报长度降低，一般预报长度较TSP203短。
地质雷达工作时，在雷达主机控制下，脉冲源产生周期性的毫微秒信号，并直接馈给发射天线，经由发射天线耦合到隧道掌子面前方的信号在传播路径上遇到空洞、暗河、裂隙、岩溶等时，产生反射信号。位于掌子面上的接收天线在接收到掌子面前方的回波后，直接传输到接收机，信号在接收机经过整形和放大等处理后，经电缆传输到雷达主机，经处理后，传输到微机。在微机中对信号依照幅度大小进行编码，并以伪彩色电平图/灰色电平图或波形堆积图的方式显示出来，经事后处理并结合相关地质资料综合分析，可以推断掌子面前方一定距离内的地质构造，如存在异常介质体，亦可判断其距离掌子面的距离、方位、形态及其分布范围。
地质雷达主要适用于岩溶、断层、宽张裂隙、软弱夹层的探测，一次预报范围应不大于30m，在岩溶发育地段的有效探测长度则应根据雷达波形判定，前后两次重叠长度不小于5m。
超前水平钻探
超前水平钻探是一种直观、有效的超前地质预报方法, 根据钻进速度判定钻机在相同岩层中的钻进速度是否均一,结合隧道开挖揭示的地層岩性,根据钻机在钻进过程中的速度变化、是否有卡钻现象等,判断前方岩体的完整程度以及是否存在不良地质体。通过对在钻孔过程中被高压风吹出的岩粉成分的鉴定,可了解前方地质体的性质。通过冲洗液颜色的变化,以及冲洗液所含杂质成分的鉴定，可判定前方是否存在不良地质体以及不良地质体性质、发育的深度和规模，更换钻头可以进行岩芯取样，易于加工成式样以便试验室定量分析。
根据地质条件复杂程度，每循环钻孔数量分为1孔、3孔、5孔，钻孔立角、偏角等参数根据开孔位置调整，保证钻孔终孔位置在隧道开挖轮廓线外3m，地质条件复杂时应达到开挖轮廓线外5m。验证TSP、地质雷达物探异常的钻孔布设位置依据物探异常的位置具体确定。超前钻孔开孔后应及时安装孔口管，以防止孔内涌水涌砂。连续钻进时，每循环30~100m，孔径70～150mm，断层破碎带、物探异常、煤系地层、可溶岩与非可溶岩接触带等地质条件复杂地段应采用长短钻孔相结合的方式，钻进长度受钻孔机械的控制。鉆探过程中应进行动态控制和管理，根据钻进情况可适时调整孔深，一般地段前后两循环钻孔重叠不小于5m，地质条件复杂地段重叠不小于8m。
超前地质钻探较其他预报方法来说是比较耗时的，困难的时候甚至要钻几个小时才能钻到计划深度，但是这种预报方法的预报效果好，精度高，能直观地体现钻孔所经过的地层岩性、岩体完整性、裂隙度、含水及水压力。与物探方法相比,它具有直观、客观的特点,不存在物探手段中出现的一图多解等问题。
加深炮孔
加深炮孔探测是利用风钻在隧道开挖工作面钻小孔获取地质信息的一种方法。加深炮孔适用于各种地质条件，应在每个开挖循环施做，沿开挖洞身周边均匀布置，根据地质复杂程度，正洞每循环7个，斜井及横洞每循环5个，孔深应较爆破钻孔加深3~5m，钻孔立角、偏角等参数根据开孔位置调整，保证钻孔终孔位置在隧道开挖轮廓线外2m，前后两循环加深炮孔位置适当错开，重叠不小于5m。
由于隧道开挖炮眼数量较多，且风钻打眼比较方便，能及时探明掌子面前方地质情况，在避免和减少了岩溶地段突泥、突水事故的发生有一定作用，加深炮孔属于隧道开挖作业工序中“打眼”环节，受围岩光面爆破等影响对掌子面周边探测范围有限，受人为影响较多，施工管理难度较大。
从以上对5种超前地质预报方法的阐述来看，我们可以作如下对比（见表2）：
几方面探讨
3.1综合超前地质预报管理平台的搭建
由上面的分析我们可以知道，在复杂的喀斯特地貌隧道工程的预报工作中不能仅仅依靠某一种超前地质预报方法，必须采用多种超前地质预报方法相结合的综合预报体系。那么，如何在建设过程中协调好预报和施工的关系，做到工作有序，互不干扰，并且能够尽可能发挥超前地质预报对施工的实际指导作用，就需要建立综合超前地质预报的管理平台。
在隧道物探结束后，尽快由专业预报单位将物探结果报施工单位，由施工单位总工程师组织专业预报单位共同对预报结果进行分析判释，提出结论性意见，并及时将相关资料同时分送建设单位、设计、监理单位。设计、监理单位在收到相关资料后，要及时对预报结果进行比对分析，提出工程处理措施，并将处理意见电子版集中反馈到建设单位。
3.2动态设计的持续跟进
设计单位应结合物探资料重点对设计施工措施的合理性、安全性、匹配性进行验证检查，动态调整设计参数，实行动态设计。若物探结果分析需要进行钻探或补充探测的，在钻探或补充探测结束后，由施工单位总工组织对综合预报结果进行分析，提出施工建议，及时将相关资料电子版传建设单位、设计、监理单位，设计单位应尽快对施工措施进行评估确认，或重新制定工程措施后由施工单位组织施工。
结束语
隧道超前地质预报是保证隧道施工安全、优化工程设计、实现施工信息化的重要基础。是确保施工安全和结构安全可靠的重要手段，是铁路隧道设计文件的重要组成部分，也是铁路隧道施工作业中关键的重要作业环节，是施工中不可缺少的关键工序，必须作为工序纳入施工组织管理。
由于每种超前地质预报方法均有自己的特长和不足之处，只有进行优势互补，互相验证，建立“长短相结合，物探与钻探相结合”的综合超前地质预测预报体系，明确综合超前地质预报的重要性和必要性，在隧道开挖前尽可能探明前方地质情况，尤其是岩溶发育情况，才能及时采取技术措施，有效规避工程建设风险，实现铁路工程六位一体管理目标。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。