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摘要：在岩溶地区进行隧道施工时，特别容易发生意外，例如隧道坍塌，涌水等，这些事故的发生在一定程度上提升了隧道施工工作的难度，所以，在岩溶地区进行隧道施工之前的地质预报起着非常重要的作用。在贵阳地铁1号线施工中，作者在充分理解地质雷达及TSP工作原理基础上，熟练掌握地质雷达及TSP技术及工作方法，再通过对各种方法在岩溶隧道超前地质预报中的应用成果分析，总结出各种预报方法对不良地质体的相应特征及优缺点，最后针对贵阳地铁1号线岩溶隧道综合超前地质预报进行探索性研究，并初步建立了综合超前地质预报体系。
关键词：岩溶 隧道 地质预报
中图分类号： U45 文献标识码： A
一 前言
岩溶地质在我国分布较广，岩溶的发育复杂多变，大小不定，形态各异，我国许多公路、铁路、市政隧道处于岩溶地质地区，岩溶地区隧道一般会存在岩溶填充物地段围岩变形破坏，穿越溶洞区域时隧道突发涌水、涌泥、涌砂、洞顶地表塌陷及地表水源枯竭等病害或地质灾害。因而在岩溶隧道施工过程中应进行地质超前预报，减少隧道施工过程中的盲目性，避免隧道施工过程中可能诱发的病害、不良地质或灾害地质的发生。贵阳地铁1号线隧道穿越岩溶区，地质复杂，在施工过程中对地质预报方法进行了立项研究。
二 现有的隧道超前地质预报方法
隧道施工期地质超前预报是对施工掌子面前方地质界面（不良地质体带）位置、不良地质体带成灾的预报。目前在岩溶隧道施工过程中主要采用以下超前预报方法。
1、地质法
根据隧道施工期掌子面地质条件，如岩体结构面体状及其发育状况、岩体破碎程度、岩石的变质程度等的变化趋势，结合地表地质调查结果，采用相关分析（包括结构面统计分析、构造相关分析等）进行超前预报，主要预报隧道掌子面前方存在的断层、不同岩类间的接触界面、隧道前方围岩的稳定性及失稳破坏形式等。
2、超前钻孔法
超前钻孔法是最直接的地质超前预报方法。通过钻孔钻进速度测试和所采取的钻孔岩芯的观察及相关试验获取隧道掌子面前方岩石（体）的强度指标、可钻性指标、地层岩性资料、岩体完整程度指标及地下水状况等资料参数。其不仅可以确定隧道掌子面前方地质情况，而且可以起到探水的作用。
3、超前导坑法
利用已有隧道或超前施工的平行隧道地质资料进行对比预报，或采用超前施工的导坑地质情况直接预报隧道地质状况。
4、波反射法
波反射法主要利用声波、超声波、地震波及电磁波在地层中传播、反射，通过信号采集系统接收反射信号，判断隧道掌子面前方反射界面（断层、软弱夹层等）距隧道掌子面的距离来进行隧道施工期地质超前预报。其中地震波反射法（TSP）、电磁波反射法（地质雷达GPR）已广泛应用于隧道施工期地质超前预报。
地震波反射法（TSP）是一种全空间反射方法，人工制造一系列有规则排列的轻微震源，震源发出的地震波（主要是P波）遇到地层界面、节理面，特别是断层破碎带、溶洞、暗河、岩溶陷落柱、淤泥等不良地质界面时，将发生反射波，通过数据采集系统记录反射波的传播速度、延迟时间、波形、强度和方向等均与相关界面的性质和产状密切相关的数据。电磁波反射法（地质雷达GPR）用发射天线将高频电磁波以脉冲形式由隧道掌子面发射至地层中，经地层界面反射返回隧道掌子面，由另一天线接收回波信号，进而通过对接收的回波信号进行处理、分析、解释，判断掌子面前方可能存在的溶洞、破碎带、溶洞内低密度填充物以及溶洞或岩层内的含水状况。
5、红外线探水法
红外线探水法是利用地下水的活动会引起岩体红外辐射场强的变化，红外探水仪通过接收岩体红外辐射场强，根据围岩红外辐射场强的变化幅值来确定隧道掌子面前方或洞壁四周是否有隱伏的含水体。
三 贵阳地铁1号线岩溶隧道超前地质预报综合分析方法
1、综合超前预报的内容分析
由于每一种单一的超前地质预报技术都有其局限性，贵阳地铁1号线岩溶隧道施工中对综合超前地质预报进行了探索，主要工作内容有以下几点：
（1）对掌子面前方岩体进行时时跟踪探测，预报掌子面前方岩体基本地质情况；
（2）在掌子面前方岩体基本地质情况预报基础上，对重大不良地质灾害或对隧道施工安全存在隐患的不良地质进行识别判断；
（3）依据实际地质情况，对洞身围岩级别进行判定；
（4）依据隧道地质条件和掌子面前方不良地质体特征提出相应治理方案及施工方法建议。
2、贵阳地铁1号线岩溶隧道综合超前地质预报系统的构建
在施工中，经过反复摸索，逐步掌握了一套适用于本隧道工程的超前地质预报技术体系。该体系将地质综合分析贯穿于隧道施工综合超前预报的全过程，即以地质分析为核心，把长、短期超前地质预报紧密结合一体，后期开挖过程中不断反馈信息，进行总结分析，不断改进的综合超前地质预报技术系统。短期以地质法、地质雷达为日常不间断探测手段，重要地段辅以TSP相互认证，在重点异常段采用超前水平钻孔法加以确认。建立综合超前预报的体系如下：
图综合超前预报体系
四 综合超前地质预报方法总结
所谓“综合超前地质预报分析法”，就是要把研究区域所有的地质信息，物探信息等所有信息看成一个整体，进行系统的、综合的分析研究。本人通过分析总结TSP法和地质雷达法在贵阳地铁1号线岩溶隧道超前地质预报中的应用情况，并借鉴在其它隧道工程中的应用情况，总结如下：
TSP法作为长期预报的基本方法，在大量的地下工程中有着广泛的认可和应用。其优点为：在进行探测作业时无需占用隧道掌子面工作面，节约施工时间，对隧道的施工进度影响较小；TSP对掌子面前方与隧道轴线近似垂直的不连续体，如节理、裂隙、破碎带等不良地质体界面的探测较为准确可靠，且有效探测深度也能够达到100～150m。其局限性表现在：对界面不规则、不连续地质体的探测效果不甚理想，尤其是对岩溶的探测，因为溶洞具有形态不同，大小不一，边界发育无规则的特性；采集数据的质量易受很多客观因素的干扰，如炮孔位置、深度、接收器的布设及走向、炸药的药量、洞内有无机械、炮孔内是否注水等众多因素；后期的解译工作需要工作人员具备丰富的工作经验，预报的准确性很大程度上也取决于解译人员的水平。
相对TSP技术，地质雷达的探测范围虽然较短，有效探测范围只能达到15～30m，但其探测精度较TSP要高，尤其是对溶洞、节理裂隙发育岩体及水体较为敏感。在隧道工程中，该方法主要用于对掌子面前方发育的不良地质体的详细探测，如它能对溶洞发育的具体位置、规模大小、延伸走向进行探测等，这也能弥补TSP探测的不足。
考虑上述两种方法的特点，贵阳地铁1号线岩溶隧道超前地质预报工作中，采用地质雷达和TSP两种方法，长短结合，优势互补。在用TSP法对掌子面前方进行长距离探测后，总结哪些洞段不良地体较为发育或哪些洞段有可能发育，然后再用地质雷达对这些洞段进行重点详细探测，对长距离预报进行内容的补充和细化，提高预报准确程度，以达到施工 的要求，保证施工安全、有条不紊的进行。地质法作为贯穿施工全过程的地质跟踪方法起着十分重要的作用，它既可以时时记录围岩的变化情况，也能起到验证预报结果，修正预报方法，提高准确率的作用，所以该方法也是短距离预报中一项必不可少的工作。
参考文献：
[1]李术才，薛诩国，张庆松，《高风险岩溶地区隧道施工地质灾害综合预报预警关键技术研究》，田岩石力学与工程学报，2008, 27 (7) : 1297一1307
[2] 罗琼 ，《岩溶隧道施工技术》，隧道建设，2004（5）：11-12
关键词：岩溶 隧道 地质预报
中图分类号： U45 文献标识码： A
一 前言
岩溶地质在我国分布较广，岩溶的发育复杂多变，大小不定，形态各异，我国许多公路、铁路、市政隧道处于岩溶地质地区，岩溶地区隧道一般会存在岩溶填充物地段围岩变形破坏，穿越溶洞区域时隧道突发涌水、涌泥、涌砂、洞顶地表塌陷及地表水源枯竭等病害或地质灾害。因而在岩溶隧道施工过程中应进行地质超前预报，减少隧道施工过程中的盲目性，避免隧道施工过程中可能诱发的病害、不良地质或灾害地质的发生。贵阳地铁1号线隧道穿越岩溶区，地质复杂，在施工过程中对地质预报方法进行了立项研究。
二 现有的隧道超前地质预报方法
隧道施工期地质超前预报是对施工掌子面前方地质界面（不良地质体带）位置、不良地质体带成灾的预报。目前在岩溶隧道施工过程中主要采用以下超前预报方法。
1、地质法
根据隧道施工期掌子面地质条件，如岩体结构面体状及其发育状况、岩体破碎程度、岩石的变质程度等的变化趋势，结合地表地质调查结果，采用相关分析（包括结构面统计分析、构造相关分析等）进行超前预报，主要预报隧道掌子面前方存在的断层、不同岩类间的接触界面、隧道前方围岩的稳定性及失稳破坏形式等。
2、超前钻孔法
超前钻孔法是最直接的地质超前预报方法。通过钻孔钻进速度测试和所采取的钻孔岩芯的观察及相关试验获取隧道掌子面前方岩石（体）的强度指标、可钻性指标、地层岩性资料、岩体完整程度指标及地下水状况等资料参数。其不仅可以确定隧道掌子面前方地质情况，而且可以起到探水的作用。
3、超前导坑法
利用已有隧道或超前施工的平行隧道地质资料进行对比预报，或采用超前施工的导坑地质情况直接预报隧道地质状况。
4、波反射法
波反射法主要利用声波、超声波、地震波及电磁波在地层中传播、反射，通过信号采集系统接收反射信号，判断隧道掌子面前方反射界面（断层、软弱夹层等）距隧道掌子面的距离来进行隧道施工期地质超前预报。其中地震波反射法（TSP）、电磁波反射法（地质雷达GPR）已广泛应用于隧道施工期地质超前预报。
地震波反射法（TSP）是一种全空间反射方法，人工制造一系列有规则排列的轻微震源，震源发出的地震波（主要是P波）遇到地层界面、节理面，特别是断层破碎带、溶洞、暗河、岩溶陷落柱、淤泥等不良地质界面时，将发生反射波，通过数据采集系统记录反射波的传播速度、延迟时间、波形、强度和方向等均与相关界面的性质和产状密切相关的数据。电磁波反射法（地质雷达GPR）用发射天线将高频电磁波以脉冲形式由隧道掌子面发射至地层中，经地层界面反射返回隧道掌子面，由另一天线接收回波信号，进而通过对接收的回波信号进行处理、分析、解释，判断掌子面前方可能存在的溶洞、破碎带、溶洞内低密度填充物以及溶洞或岩层内的含水状况。
5、红外线探水法
红外线探水法是利用地下水的活动会引起岩体红外辐射场强的变化，红外探水仪通过接收岩体红外辐射场强，根据围岩红外辐射场强的变化幅值来确定隧道掌子面前方或洞壁四周是否有隱伏的含水体。
三 贵阳地铁1号线岩溶隧道超前地质预报综合分析方法
1、综合超前预报的内容分析
由于每一种单一的超前地质预报技术都有其局限性，贵阳地铁1号线岩溶隧道施工中对综合超前地质预报进行了探索，主要工作内容有以下几点：
（1）对掌子面前方岩体进行时时跟踪探测，预报掌子面前方岩体基本地质情况；
（2）在掌子面前方岩体基本地质情况预报基础上，对重大不良地质灾害或对隧道施工安全存在隐患的不良地质进行识别判断；
（3）依据实际地质情况，对洞身围岩级别进行判定；
（4）依据隧道地质条件和掌子面前方不良地质体特征提出相应治理方案及施工方法建议。
2、贵阳地铁1号线岩溶隧道综合超前地质预报系统的构建
在施工中，经过反复摸索，逐步掌握了一套适用于本隧道工程的超前地质预报技术体系。该体系将地质综合分析贯穿于隧道施工综合超前预报的全过程，即以地质分析为核心，把长、短期超前地质预报紧密结合一体，后期开挖过程中不断反馈信息，进行总结分析，不断改进的综合超前地质预报技术系统。短期以地质法、地质雷达为日常不间断探测手段，重要地段辅以TSP相互认证，在重点异常段采用超前水平钻孔法加以确认。建立综合超前预报的体系如下：
图综合超前预报体系
四 综合超前地质预报方法总结
所谓“综合超前地质预报分析法”，就是要把研究区域所有的地质信息，物探信息等所有信息看成一个整体，进行系统的、综合的分析研究。本人通过分析总结TSP法和地质雷达法在贵阳地铁1号线岩溶隧道超前地质预报中的应用情况，并借鉴在其它隧道工程中的应用情况，总结如下：
TSP法作为长期预报的基本方法，在大量的地下工程中有着广泛的认可和应用。其优点为：在进行探测作业时无需占用隧道掌子面工作面，节约施工时间，对隧道的施工进度影响较小；TSP对掌子面前方与隧道轴线近似垂直的不连续体，如节理、裂隙、破碎带等不良地质体界面的探测较为准确可靠，且有效探测深度也能够达到100～150m。其局限性表现在：对界面不规则、不连续地质体的探测效果不甚理想，尤其是对岩溶的探测，因为溶洞具有形态不同，大小不一，边界发育无规则的特性；采集数据的质量易受很多客观因素的干扰，如炮孔位置、深度、接收器的布设及走向、炸药的药量、洞内有无机械、炮孔内是否注水等众多因素；后期的解译工作需要工作人员具备丰富的工作经验，预报的准确性很大程度上也取决于解译人员的水平。
相对TSP技术，地质雷达的探测范围虽然较短，有效探测范围只能达到15～30m，但其探测精度较TSP要高，尤其是对溶洞、节理裂隙发育岩体及水体较为敏感。在隧道工程中，该方法主要用于对掌子面前方发育的不良地质体的详细探测，如它能对溶洞发育的具体位置、规模大小、延伸走向进行探测等，这也能弥补TSP探测的不足。
考虑上述两种方法的特点，贵阳地铁1号线岩溶隧道超前地质预报工作中，采用地质雷达和TSP两种方法，长短结合，优势互补。在用TSP法对掌子面前方进行长距离探测后，总结哪些洞段不良地体较为发育或哪些洞段有可能发育，然后再用地质雷达对这些洞段进行重点详细探测，对长距离预报进行内容的补充和细化，提高预报准确程度，以达到施工 的要求，保证施工安全、有条不紊的进行。地质法作为贯穿施工全过程的地质跟踪方法起着十分重要的作用，它既可以时时记录围岩的变化情况，也能起到验证预报结果，修正预报方法，提高准确率的作用，所以该方法也是短距离预报中一项必不可少的工作。
参考文献：
[1]李术才，薛诩国，张庆松，《高风险岩溶地区隧道施工地质灾害综合预报预警关键技术研究》，田岩石力学与工程学报，2008, 27 (7) : 1297一1307
[2] 罗琼 ，《岩溶隧道施工技术》，隧道建设，2004（5）：11-12