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摘要：以地质法为基础，以地球物理探测方法为手段的隧道综合地质超前预报方法已成为隧道工程界的共识。因此，本文在详细阐述了相关研究背景和超前预报工序流程后，以具体案例为切入点，对相关问题进行了深入的探讨，为提升我国隧道地质超前预报准确性提出具有建设性的意见与建议，期望能对隧道地质超前预报工程实践工作予以一定帮助。
关键词：地震波法；隧道地质超前预报；综合物探；
中图分类号： U45 文献标识码： A
一、研究背景
经历了众多隧道地质超前预报成功与失败和大量隧道工程实践之后，在各级领导的重视下，隧道地质超前预报工作作为施工工序的一个重要组成部分已经在全线明确要求并在施工中实施。
二、隧道地质超前预报工序流程图
图1 隧道地质超前预报工作流程图
三、地震波法案例分析
1. 有效预报的前提
隧道地震波预报必须保证数据质量，需要设备装置、观测系统、激发接收系统和处理分析系统等多方面条件的保证。
在预报时应确立数据第一，制定有效波预报的分析检查措施，保证现场采集数据的有效性，同时地震波预报是加深地质工作的手段，应密切与其他手段相配合。开展综合超前地质预测预报，查明隧道破碎带等不良地质情况，确保隧道安全通过。
现场检测中注意事项：
①要有预报检测人员进洞布置接收和激发的孔位，用红色油漆毛笔准确标注在隧道的洞壁上，而后通知施工单位打孔。打孔完毕后，预报人员要先进洞对孔深、孔径、和孔数进行验收，对于不合格的孔要进行补钻。
②严格按照技术交底内容布孔，孔径、孔深要求一致，且布孔位置应尽可能选在岩性较好处，孔径为40mm，孔深为2m左右，如该布孔段整体岩性较差（易塌孔），则将孔径调整为50mm，成孔后需要清孔，所有激发孔应向下倾斜，所有孔离地面高度应相同。激发炮孔一般为24个，但炮孔数不是一个严格的规定，激发炮多一些的地震波记录有益于成果的解释。接收孔距离最近炮孔20米左右。讲“左右”的用意是在这个范围内选择岩体相对完整的位置打接收孔，记录实际距离为偏移距离。炮孔间距为1.5-2.0米。装药时应将药条推至孔底。由于实际工作中打的钻孔可能有误差，所以仪器操作员还必须测量并笔录每个钻孔之间的距离，以便后期数据处理时校正。
③激发炸药的用量要适中，根据隧道围岩的坚硬程度等情况，确定合适的炸药量。一般情况下，围岩坚硬、完整（如灰岩），用量在 40～70g；围岩较软、破碎或松散（如泥岩、全风化花岗岩等），用量在 80～200g；靠近掌子面，用量宜稍大；靠近传感器，用量宜稍小。其用量也与检波器到传感器的距离有很大关系。并使用合格的雷管，因为雷管存放时间过长、受潮或本身质量有问题会导致不同炮点爆破延时不一致。
④在仪器进入采集的过程中需要相对安静的环境，不允许洞内有打钻和动力车辆施工等。
⑤安全施工高于一切，仪器操作员与炮工密切合作，彼此的工作招呼要明确，尤其是放炮口令。进洞工作人员必须戴安全帽，服从隧道施工部门的安全规定。
⑥在预报采集工作结束后，检查24炮记录是否合格，在确认无需进行补充的工作后，操作仪器把当次采集的数据外传至USB闪存上。现场采集记录的质量是处理工作的基础；处理成果的质量是解释工作的基础。
2. 波形介绍
①理想状态下的波形
图2 理想状态下的波形图
由上图可见，理想状态下的纵横波清晰可见，同时靠软件判别即可自动分离，但这只是理想状态下的波形，现实数据采集中很难实现。
②现场采集的良好波形
图3 兰新二线高家山隧道进口（12.12）
③受干扰严重的波形
图4 兰新二线大沟斜井（11.10）
3. 典型案例分析
津秦铁路葫芦山隧道进口施工地质超前预报报告
预报里程DK223+227～DK223+327
预报前设计围岩四级，综合预报图如图3.2所示。
图3.1津秦铁路葫芦山隧道进口综合预报图
设计文件中里程DK223+240~+260段为隧道推测断层及其影响带岩体呈碎石状散体结构，从图3.1可以明显看出在里程DK223+255～DK223+258段，存在明显的一负一正纵波反射界面，且反射幅度十分明显，因此推测此处存在一条构造破碎带，实际开挖情况与设计和预报情况相符。
四、隧道地质超前预报若干问题的讨论及相关结论
1. 地质工作在隧道地质超前预报中的重要性
地质工作是贯穿隧道工程可行性研究、勘察、设计、施工全过程的一项重要工作，其作用是对整个隧道工程所处地质环境的宏观把握，是提高隧道施工地质预报准确率的重要保证。
隧道地质超前预报是根据隧道开挖揭示的洞身围岩条件的变化趋势和采用各种地球物理探测手段对隧道施工掌子面前方地质情况的探测结果，结合预报人员地质经验，对隧道施工掌子面前方可能遇到的各种地质条件及可能发生的地质灾害的性质、分布位置、规模的预测。因此，隧道地质超前预报的目的、地球物理探测结果的分析、预报准确率的提高决定了地质工作在隧道地质超前预报中将起到极为重要的作用。
只有宏观把握整个隧道工程所处地质环境，确定隧道施工地质预报重点段，才能最大限度地提高有限的预报经费利用率，提高预报准确率，达到隧道地质超前预报的目的。
采用除层析成像法外所有物探法进行隧道地质超前预报，其最终结果均是施工掌子面前方地质界面的位置，反射界面前方介质的性质判定，尽管可以参考介质波阻抗、反射系数及波幅变化特征，但更重要的是需要结合对探测界面前方隧道施工将遇到的地质条件的宏观把握和参与施工地质预报人员丰富的地质经验。地质工程师的参与，无疑将起到极为重要的作用。
隧道地质预报准确率的高低，与参与预报工作人员对隧道施工掌子面前方地层岩性、构造等的分布、界面产状及其变化、不同波在不同介质预报中的传播特性的掌握程度紧密相关。
详细的地质工作，可以推测界面间介质的性质并大致给出不同波在该介质中的传播速度，推断界面产状的变化趋势并推测界面在掌子面前方出露的大致位置，为探测结果的分析提供参考依据，提高预报的准确性。
2. 结论
在隧道综合超前地质预报应以“地质分析为核心，综合物探与地质分析结合，洞内外结合，长短预测结合，物性参数互补”为原则：
①“以地质分析为核心”是指以地面和掌子面地质调查为主要手段(必要时开展超前钻孔)，并将地质分析作为超前预报的核心，贯穿于整个预报工作的始终。
②“综合物探与地质分析结合”是指在开展TSP、地质雷达、瞬等综合物探工作的同时，必须将物探解译与地质分析紧密结合。
③“洞内外结合”是指洞内、洞外预报相结合， 并以洞内预报为主， 如地面地质调查是洞外预报，掌子面素描、超前钻探和各种物探方法是洞内预报。
④“长短预测结合”是指在长距离预报的指导下，进行短距离精确预报，如地面地质调查和 TSP长距离预报，掌子面素描、地质雷达、超前钻探等是短距离预报。
⑤“物性参数互补”是指选取的物探预报方法其预报物性参数应相互补充配合。TSP、地质雷达等物探方法不一定同时同等使用，应在地质分析的基础上，考虑“长短预测结合”等综合预报原则和物探方法适宜性，选取适宜的一种或几种物探方法进行预报。
参考文献：
[1] 張伟波.TGP206隧道地质超前预报技术及应用[J].四川建筑.2010(5) :167-169.
[2] 舒森,王树栋.隧道综合超前地质预报方法及应用[J].铁道勘察.2010(4) :80-83.
[3] 中华人民共和国铁道部.铁路隧道超前地质预报技术指南.2008.
[4] 刘云帧.TGP隧道地震预报系统与预报技术探讨.铁道建筑技术[J].2008(增):487-502.
[5] 刘云帧.TGP隧道地震波预报系统与技术.物探与化探[J].2009(2):170-177.
[6] 何发亮,李苍松,陈成宗.隧道地质超前预报[J].成都:西南交通大学出版社.2005.
关键词：地震波法；隧道地质超前预报；综合物探；
中图分类号： U45 文献标识码： A
一、研究背景
经历了众多隧道地质超前预报成功与失败和大量隧道工程实践之后，在各级领导的重视下，隧道地质超前预报工作作为施工工序的一个重要组成部分已经在全线明确要求并在施工中实施。
二、隧道地质超前预报工序流程图
图1 隧道地质超前预报工作流程图
三、地震波法案例分析
1. 有效预报的前提
隧道地震波预报必须保证数据质量，需要设备装置、观测系统、激发接收系统和处理分析系统等多方面条件的保证。
在预报时应确立数据第一，制定有效波预报的分析检查措施，保证现场采集数据的有效性，同时地震波预报是加深地质工作的手段，应密切与其他手段相配合。开展综合超前地质预测预报，查明隧道破碎带等不良地质情况，确保隧道安全通过。
现场检测中注意事项：
①要有预报检测人员进洞布置接收和激发的孔位，用红色油漆毛笔准确标注在隧道的洞壁上，而后通知施工单位打孔。打孔完毕后，预报人员要先进洞对孔深、孔径、和孔数进行验收，对于不合格的孔要进行补钻。
②严格按照技术交底内容布孔，孔径、孔深要求一致，且布孔位置应尽可能选在岩性较好处，孔径为40mm，孔深为2m左右，如该布孔段整体岩性较差（易塌孔），则将孔径调整为50mm，成孔后需要清孔，所有激发孔应向下倾斜，所有孔离地面高度应相同。激发炮孔一般为24个，但炮孔数不是一个严格的规定，激发炮多一些的地震波记录有益于成果的解释。接收孔距离最近炮孔20米左右。讲“左右”的用意是在这个范围内选择岩体相对完整的位置打接收孔，记录实际距离为偏移距离。炮孔间距为1.5-2.0米。装药时应将药条推至孔底。由于实际工作中打的钻孔可能有误差，所以仪器操作员还必须测量并笔录每个钻孔之间的距离，以便后期数据处理时校正。
③激发炸药的用量要适中，根据隧道围岩的坚硬程度等情况，确定合适的炸药量。一般情况下，围岩坚硬、完整（如灰岩），用量在 40～70g；围岩较软、破碎或松散（如泥岩、全风化花岗岩等），用量在 80～200g；靠近掌子面，用量宜稍大；靠近传感器，用量宜稍小。其用量也与检波器到传感器的距离有很大关系。并使用合格的雷管，因为雷管存放时间过长、受潮或本身质量有问题会导致不同炮点爆破延时不一致。
④在仪器进入采集的过程中需要相对安静的环境，不允许洞内有打钻和动力车辆施工等。
⑤安全施工高于一切，仪器操作员与炮工密切合作，彼此的工作招呼要明确，尤其是放炮口令。进洞工作人员必须戴安全帽，服从隧道施工部门的安全规定。
⑥在预报采集工作结束后，检查24炮记录是否合格，在确认无需进行补充的工作后，操作仪器把当次采集的数据外传至USB闪存上。现场采集记录的质量是处理工作的基础；处理成果的质量是解释工作的基础。
2. 波形介绍
①理想状态下的波形
图2 理想状态下的波形图
由上图可见，理想状态下的纵横波清晰可见，同时靠软件判别即可自动分离，但这只是理想状态下的波形，现实数据采集中很难实现。
②现场采集的良好波形
图3 兰新二线高家山隧道进口（12.12）
③受干扰严重的波形
图4 兰新二线大沟斜井（11.10）
3. 典型案例分析
津秦铁路葫芦山隧道进口施工地质超前预报报告
预报里程DK223+227～DK223+327
预报前设计围岩四级，综合预报图如图3.2所示。
图3.1津秦铁路葫芦山隧道进口综合预报图
设计文件中里程DK223+240~+260段为隧道推测断层及其影响带岩体呈碎石状散体结构，从图3.1可以明显看出在里程DK223+255～DK223+258段，存在明显的一负一正纵波反射界面，且反射幅度十分明显，因此推测此处存在一条构造破碎带，实际开挖情况与设计和预报情况相符。
四、隧道地质超前预报若干问题的讨论及相关结论
1. 地质工作在隧道地质超前预报中的重要性
地质工作是贯穿隧道工程可行性研究、勘察、设计、施工全过程的一项重要工作，其作用是对整个隧道工程所处地质环境的宏观把握，是提高隧道施工地质预报准确率的重要保证。
隧道地质超前预报是根据隧道开挖揭示的洞身围岩条件的变化趋势和采用各种地球物理探测手段对隧道施工掌子面前方地质情况的探测结果，结合预报人员地质经验，对隧道施工掌子面前方可能遇到的各种地质条件及可能发生的地质灾害的性质、分布位置、规模的预测。因此，隧道地质超前预报的目的、地球物理探测结果的分析、预报准确率的提高决定了地质工作在隧道地质超前预报中将起到极为重要的作用。
只有宏观把握整个隧道工程所处地质环境，确定隧道施工地质预报重点段，才能最大限度地提高有限的预报经费利用率，提高预报准确率，达到隧道地质超前预报的目的。
采用除层析成像法外所有物探法进行隧道地质超前预报，其最终结果均是施工掌子面前方地质界面的位置，反射界面前方介质的性质判定，尽管可以参考介质波阻抗、反射系数及波幅变化特征，但更重要的是需要结合对探测界面前方隧道施工将遇到的地质条件的宏观把握和参与施工地质预报人员丰富的地质经验。地质工程师的参与，无疑将起到极为重要的作用。
隧道地质预报准确率的高低，与参与预报工作人员对隧道施工掌子面前方地层岩性、构造等的分布、界面产状及其变化、不同波在不同介质预报中的传播特性的掌握程度紧密相关。
详细的地质工作，可以推测界面间介质的性质并大致给出不同波在该介质中的传播速度，推断界面产状的变化趋势并推测界面在掌子面前方出露的大致位置，为探测结果的分析提供参考依据，提高预报的准确性。
2. 结论
在隧道综合超前地质预报应以“地质分析为核心，综合物探与地质分析结合，洞内外结合，长短预测结合，物性参数互补”为原则：
①“以地质分析为核心”是指以地面和掌子面地质调查为主要手段(必要时开展超前钻孔)，并将地质分析作为超前预报的核心，贯穿于整个预报工作的始终。
②“综合物探与地质分析结合”是指在开展TSP、地质雷达、瞬等综合物探工作的同时，必须将物探解译与地质分析紧密结合。
③“洞内外结合”是指洞内、洞外预报相结合， 并以洞内预报为主， 如地面地质调查是洞外预报，掌子面素描、超前钻探和各种物探方法是洞内预报。
④“长短预测结合”是指在长距离预报的指导下，进行短距离精确预报，如地面地质调查和 TSP长距离预报，掌子面素描、地质雷达、超前钻探等是短距离预报。
⑤“物性参数互补”是指选取的物探预报方法其预报物性参数应相互补充配合。TSP、地质雷达等物探方法不一定同时同等使用，应在地质分析的基础上，考虑“长短预测结合”等综合预报原则和物探方法适宜性，选取适宜的一种或几种物探方法进行预报。
参考文献：
[1] 張伟波.TGP206隧道地质超前预报技术及应用[J].四川建筑.2010(5) :167-169.
[2] 舒森,王树栋.隧道综合超前地质预报方法及应用[J].铁道勘察.2010(4) :80-83.
[3] 中华人民共和国铁道部.铁路隧道超前地质预报技术指南.2008.
[4] 刘云帧.TGP隧道地震预报系统与预报技术探讨.铁道建筑技术[J].2008(增):487-502.
[5] 刘云帧.TGP隧道地震波预报系统与技术.物探与化探[J].2009(2):170-177.
[6] 何发亮,李苍松,陈成宗.隧道地质超前预报[J].成都:西南交通大学出版社.2005.