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[摘 要]隧道工程也是地质工程，探明掌子面前方的地质情况已成为隧道施工安全的重要控制性因素之一。本文以下静游铁路隧道的超前地质预报工作为研究实例，阐述了超前地质预报的目的，并论述了地质调查及地质观测素描、TSP203超前预报系统、和超前水平钻探方法。并指出了目前地质超前预报技术存在的一些问题，并提出了相应的建议。
[关键词]超前地质预报；TSP203超前预报系统；超前水平钻探
中图分类号：U452.1+1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）09-0307-01
引言
随着国内交通设施建设规模日益扩大，隧道建设也得到了迅猛发展，隧道与其他工程相比较具有隐蔽性、复杂性强，地质条件及周围环境不确定性突出等特点，往往在隧道掘进过程中才能发现不良地质情况，因此常导致塌方、涌水、岩爆等各种地质灾害，不仅会影响工程进度，增加工程造价，甚至会导致事故发生。因此对隧道地质情况进行及时准确的预报是保证施工安全、减轻突水、突泥等灾害的有效途径。然而由于地质的复杂性增大了超前预报的难度，所以如何采用单一或综合的方法对地质情况进行超前探测并保证成果的准确性对隧道施工具有非常现实的重要意义。
1 工程概况
太原至兴县铁路，太原至静游段、由既有太岚线汾河至镇城底段增建二线改造和新建镇城底至静游双线铁路组成。起点为太岚线汾河站西咽喉（太岚DK3+850），终点静游站（DK91+450）。标段内下静游隧道设计围岩结构有黄土Ⅳ、黄土Ⅴ级，主要地质为：黄土、砂质黄土。隧道洞口属浅埋地段，地质条件较差。隧道围岩破碎、围岩指标较低，且具有较多的砂质黄土，棕红色粘土，其具有湿陷的特性，易出现坍塌、拱顶开裂及下沉现象。
2 地质预报的目的与计划
2.1 地质预报目的
为了更准确探明隧道地质情况，杜绝不良地质灾害发生，本工程配备一套TSP203地质预报系统，通过地质超前预报，及时发现异常情况，预报掌子面前方不良地质体的位置、产状、含水量情况及围岩结构的完整性，从而为优化施工隧道方案提供依据，为预防隧道突水、突泥等可能形成的灾害性事故及时提供信息。保证隧道施工安全，减少由于浅埋隧道揭露发育不规律软弱围岩产生大坍塌和地表塌陷而带来的损失。为动态设计提供必要的地质参数。搞好地质超前预报可以节约大量资金。
2.2 地质预报计划
针对下静游隧道地质特点， 采用中长期和短期地质预报方法。
3 地质超前预报的方法
根据地质特点和隧道施工“早预报、早预防”的原则，本工程采用地质调查、物探法、电磁波反射法、超前水平钻探、开挖面及其附近的地质观测素描等相结合的综合地质超前预报方法，预测不良地质的位置、性质、规模和对施工的影响程度，计划每100～150m范围内预报一次，根据施工过程中实际围岩情况，进行合理调整。
3.1 地质调查及地质观测素描
地质素描随隧道开挖及时进行，地层岩性变化处、构造发育部位等复杂、重点地段每开挖循环进行一次；一般地段每10～20m进行一次。
专职地质工程师在每次爆破后对开挖面进行地质观测素描和地质作图。内容包括地下水状态（出水点、出水量、水压力、突水情况等）、地层岩性（产状、结构、地质构造影响程度等）、岩石特征（岩石名称、风化状况、岩石结构、质地、强度）、地质结构面（间距、延伸性、粗糙度、张开性等）、软弱夹层、贯穿性强的节理、断层（填充情况、风化程度、开度、渗漏）等。根据地质观测素描的结果，做出开挖面前方较短距离内的岩体稳定性分析，通过综合分析判断，提出地质预测报告。
3.2 TSP203超前预报系统
施工中根据实际地质情况使用TSP-203隧道地震波地质超前预报系统进行地质超前预报。TSP-203预报系统每次探测可准确探测前方100m～150m范围内的地质情况，因此施工中根据预报结果指导施工。
3.3 超前水平钻探
根据地质调查结果，对富水软弱破碎围岩段，即断层及影响带区域内，采用超前地质钻孔。在挤压性大变形地质段，坚持地质钻孔并取芯，分析岩样的实际物理力学性质。
钻孔长度30～50m，验证综合超前物探成果，断面每循环超前钻孔3个，并至少有一个孔取芯；探孔孔径一般不小于Φ75mm，并考虑5m长搭接，探孔终孔应超出开挖轮廓线1.5m。
超前钻探施工前，喷混凝土封闭开挖面，确保作业安全。测设钻孔位置与方位，然后搭设作业台架，钻机就位固定，安装钻杆试钻。
在确定钻孔位置、方位准确后，开始钻进，钻进过程中注意钻孔出水量、钻碴及钻杆进尺，详细记录钻孔过程中各种资料和数据。
根据超前钻孔资料分析前方围岩节理发育情况和可能涌水量及地下水发育连通情况，根据不同情况采取不同施工技术措施。如临近漏水地段3～5m前，在开挖钻孔时，安排2～4孔超钻5～8m，准确了解前方水文地质情况，提高措施针对性。
4 地质超前预报存在问题及建议
在下静游隧道施工中， 特别是地质情况复杂的隧道， 实施地质超前预报预测非常必要， 它可以为施工地质变更和施工安全提供必要依据和保障， 指导施工的顺利进行。
4.1 地质超前预报存在问题
目前，地质超前预报工作中存在以下问题需待改善：
（1）应用不是很广泛。
（2）地质超前预报技术有待进一步提高，实践中遇到比较复杂的地质问题时效果不佳，特别是涉及岩溶、岩溶水、岩性变化分界问题时，预报准确性降低。
4.2 地质超前预报工作建议
為了更好地搞好地质超前预报工作，为施工生产作出更好的服务，建议在今后的地质预报工作中加强如下工作：
（1）采用地质水平钻探的综合预报方法在地质预测预报实际操作中，地质分析、物探、水平钻探三类方法中任何一种方法的应用都有一定的效果，但又都有一定的局限性，但是三者配合应用，发挥各自的长处，综合得出地质预测预报结果，准确性和实用性将大大提高。
（2）物探超前预报技术应不断发展在地质超前预报中，地质分析和超前水平钻技术相对较成熟，而物探技术属于高新技术，具有很大开创性和探索性，针对下静游隧道复杂的地质情况和要求，物探地质超前预报技术还有待加强。
（3）地质超前预报应由专业化队伍负责隧道地质超前预报，无论是地质分析、物探、水平钻探，都是技术性很强的工作，需要高素质的技术人员掌握和实施，另外，艰苦的工作条件也需要有强烈的责任心和敬业精神，这些都要求超前预报工作应由专业化施工队伍来完成。
（4）超前地质预报工序应纳入正式施工工序地质超前预报实际操作中，不可能不对施工带来干扰，因此应把这项工作合理纳入施工工序之中，确保其能按科学的工序和应具备的必要条件完成。
5 结论
实践表明， 超前地质预报是隧道施工中必不可少的一项工作， 有效的超前地质预报是施工安全和施工顺利进行的必要而有力的保证。随着隧道施工中物探水平逐步提高，施工地质预报的技术方法也越来越多，且探测的精度也随之增高，但实际应用中单一的方法往往不能满足工程需要，因此应避免盲目选用单一的施工预报方法，而应根据工程实际地质情况确定相适应的地质预报方法，力求在预报中做到准确、经济、高效。
参考文献
[1] 田荣，张志龙，王兰生等.公路隧道施工超前地质预报技术方法研究现状综述[J].公路交通科技，2005，559：126～128.
[2] 李苍松，何发亮，丁建芳.武隆隧道岩溶地质超前预报综合技术[J].水文地质工程地质，2005.
[3] 中科院地质研究所、隧道局编写.军都山隧道快速施工超前地质预报指南[M].北京：中国铁道出版社，1990.
[关键词]超前地质预报；TSP203超前预报系统；超前水平钻探
中图分类号：U452.1+1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）09-0307-01
引言
随着国内交通设施建设规模日益扩大，隧道建设也得到了迅猛发展，隧道与其他工程相比较具有隐蔽性、复杂性强，地质条件及周围环境不确定性突出等特点，往往在隧道掘进过程中才能发现不良地质情况，因此常导致塌方、涌水、岩爆等各种地质灾害，不仅会影响工程进度，增加工程造价，甚至会导致事故发生。因此对隧道地质情况进行及时准确的预报是保证施工安全、减轻突水、突泥等灾害的有效途径。然而由于地质的复杂性增大了超前预报的难度，所以如何采用单一或综合的方法对地质情况进行超前探测并保证成果的准确性对隧道施工具有非常现实的重要意义。
1 工程概况
太原至兴县铁路，太原至静游段、由既有太岚线汾河至镇城底段增建二线改造和新建镇城底至静游双线铁路组成。起点为太岚线汾河站西咽喉（太岚DK3+850），终点静游站（DK91+450）。标段内下静游隧道设计围岩结构有黄土Ⅳ、黄土Ⅴ级，主要地质为：黄土、砂质黄土。隧道洞口属浅埋地段，地质条件较差。隧道围岩破碎、围岩指标较低，且具有较多的砂质黄土，棕红色粘土，其具有湿陷的特性，易出现坍塌、拱顶开裂及下沉现象。
2 地质预报的目的与计划
2.1 地质预报目的
为了更准确探明隧道地质情况，杜绝不良地质灾害发生，本工程配备一套TSP203地质预报系统，通过地质超前预报，及时发现异常情况，预报掌子面前方不良地质体的位置、产状、含水量情况及围岩结构的完整性，从而为优化施工隧道方案提供依据，为预防隧道突水、突泥等可能形成的灾害性事故及时提供信息。保证隧道施工安全，减少由于浅埋隧道揭露发育不规律软弱围岩产生大坍塌和地表塌陷而带来的损失。为动态设计提供必要的地质参数。搞好地质超前预报可以节约大量资金。
2.2 地质预报计划
针对下静游隧道地质特点， 采用中长期和短期地质预报方法。
3 地质超前预报的方法
根据地质特点和隧道施工“早预报、早预防”的原则，本工程采用地质调查、物探法、电磁波反射法、超前水平钻探、开挖面及其附近的地质观测素描等相结合的综合地质超前预报方法，预测不良地质的位置、性质、规模和对施工的影响程度，计划每100～150m范围内预报一次，根据施工过程中实际围岩情况，进行合理调整。
3.1 地质调查及地质观测素描
地质素描随隧道开挖及时进行，地层岩性变化处、构造发育部位等复杂、重点地段每开挖循环进行一次；一般地段每10～20m进行一次。
专职地质工程师在每次爆破后对开挖面进行地质观测素描和地质作图。内容包括地下水状态（出水点、出水量、水压力、突水情况等）、地层岩性（产状、结构、地质构造影响程度等）、岩石特征（岩石名称、风化状况、岩石结构、质地、强度）、地质结构面（间距、延伸性、粗糙度、张开性等）、软弱夹层、贯穿性强的节理、断层（填充情况、风化程度、开度、渗漏）等。根据地质观测素描的结果，做出开挖面前方较短距离内的岩体稳定性分析，通过综合分析判断，提出地质预测报告。
3.2 TSP203超前预报系统
施工中根据实际地质情况使用TSP-203隧道地震波地质超前预报系统进行地质超前预报。TSP-203预报系统每次探测可准确探测前方100m～150m范围内的地质情况，因此施工中根据预报结果指导施工。
3.3 超前水平钻探
根据地质调查结果，对富水软弱破碎围岩段，即断层及影响带区域内，采用超前地质钻孔。在挤压性大变形地质段，坚持地质钻孔并取芯，分析岩样的实际物理力学性质。
钻孔长度30～50m，验证综合超前物探成果，断面每循环超前钻孔3个，并至少有一个孔取芯；探孔孔径一般不小于Φ75mm，并考虑5m长搭接，探孔终孔应超出开挖轮廓线1.5m。
超前钻探施工前，喷混凝土封闭开挖面，确保作业安全。测设钻孔位置与方位，然后搭设作业台架，钻机就位固定，安装钻杆试钻。
在确定钻孔位置、方位准确后，开始钻进，钻进过程中注意钻孔出水量、钻碴及钻杆进尺，详细记录钻孔过程中各种资料和数据。
根据超前钻孔资料分析前方围岩节理发育情况和可能涌水量及地下水发育连通情况，根据不同情况采取不同施工技术措施。如临近漏水地段3～5m前，在开挖钻孔时，安排2～4孔超钻5～8m，准确了解前方水文地质情况，提高措施针对性。
4 地质超前预报存在问题及建议
在下静游隧道施工中， 特别是地质情况复杂的隧道， 实施地质超前预报预测非常必要， 它可以为施工地质变更和施工安全提供必要依据和保障， 指导施工的顺利进行。
4.1 地质超前预报存在问题
目前，地质超前预报工作中存在以下问题需待改善：
（1）应用不是很广泛。
（2）地质超前预报技术有待进一步提高，实践中遇到比较复杂的地质问题时效果不佳，特别是涉及岩溶、岩溶水、岩性变化分界问题时，预报准确性降低。
4.2 地质超前预报工作建议
為了更好地搞好地质超前预报工作，为施工生产作出更好的服务，建议在今后的地质预报工作中加强如下工作：
（1）采用地质水平钻探的综合预报方法在地质预测预报实际操作中，地质分析、物探、水平钻探三类方法中任何一种方法的应用都有一定的效果，但又都有一定的局限性，但是三者配合应用，发挥各自的长处，综合得出地质预测预报结果，准确性和实用性将大大提高。
（2）物探超前预报技术应不断发展在地质超前预报中，地质分析和超前水平钻技术相对较成熟，而物探技术属于高新技术，具有很大开创性和探索性，针对下静游隧道复杂的地质情况和要求，物探地质超前预报技术还有待加强。
（3）地质超前预报应由专业化队伍负责隧道地质超前预报，无论是地质分析、物探、水平钻探，都是技术性很强的工作，需要高素质的技术人员掌握和实施，另外，艰苦的工作条件也需要有强烈的责任心和敬业精神，这些都要求超前预报工作应由专业化施工队伍来完成。
（4）超前地质预报工序应纳入正式施工工序地质超前预报实际操作中，不可能不对施工带来干扰，因此应把这项工作合理纳入施工工序之中，确保其能按科学的工序和应具备的必要条件完成。
5 结论
实践表明， 超前地质预报是隧道施工中必不可少的一项工作， 有效的超前地质预报是施工安全和施工顺利进行的必要而有力的保证。随着隧道施工中物探水平逐步提高，施工地质预报的技术方法也越来越多，且探测的精度也随之增高，但实际应用中单一的方法往往不能满足工程需要，因此应避免盲目选用单一的施工预报方法，而应根据工程实际地质情况确定相适应的地质预报方法，力求在预报中做到准确、经济、高效。
参考文献
[1] 田荣，张志龙，王兰生等.公路隧道施工超前地质预报技术方法研究现状综述[J].公路交通科技，2005，559：126～128.
[2] 李苍松，何发亮，丁建芳.武隆隧道岩溶地质超前预报综合技术[J].水文地质工程地质，2005.
[3] 中科院地质研究所、隧道局编写.军都山隧道快速施工超前地质预报指南[M].北京：中国铁道出版社，1990.