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摘要：隧道施工超前地质预报技术是信息化施工中的重要组成部分，尤其是针对一些重大工程。但是，目前的隧道施工超前地质预报技术仍然处在一个单个方法、单一参数的解釋研究阶段，另外由于地质预报的具体方法有其各自的特点和局限性，使得地质预报很难找到一个适用于各种隧道地质灾害的探测方法，因此，怎样准确、及时的解决隧道超前地质预报具有重要意义，也是国内外学者不断努力的方向，并取得了一定的成绩。
关键词：隧道；施工地质；超前地质预报；地质灾害
Abstract: the tunnel construction advance geological forecast technology is an important part of the information construction, especially for some important project. However, the present tunnel construction advance geological forecast technology is still in a single method, a single parameter, and the interpretation stage because of the specific geological forecast methods have their own characteristics and limitations, geological forecast that it is difficult to find a suitable for all kinds of tunnel geological hazard detection method, therefore, how to accurately and timely solve tunnel advance geological forecast has an important meaning, but also domestic and international scholars constantly strive to direction, and has obtained some achievements.
Keywords: tunnel; Construction geology; Advance geological forecast; Geological disasters.
中图分类号：TU74文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2013）
前言
隧道在掘进过程中的主要难题就是怎样更详细的了解掌子面前方的地质情况和岩土力学的参数。在复杂的岩土条件下进行施工，会遇到有如大断裂、塌方、突涌水等灾害，这些灾害会直接影响隧道施工和质量，并对施工带来无法估量的风险损失，尤其是在一些风险交叉突发时，问题更加严重。隧道掌子面前方的地质条件多变、高的覆盖层和既有稠密的基础设施等也会导致地面勘查钻孔或地面地球物理探测预报结果不准确。然而，地质超前预报又是隧道信息化施工中的重要组成部分。它的成功与否，直接关系着隧道能否安全施工，以及施工期间围岩的准确评定。但是，在实际的工作中，由于技术水平以及管理水平的原因，预报并不精确，没有真正发挥超前地质预报技术的优势，因此，如何有效成功地进行超前地质预报工作，是目前关心的主要问题。下面简单地对超前地质预报技术做简单的介绍，以供同仁参考。
1超前地质预报技术
目前，我国常见的预报方法有：地面地质调查法、地质雷达、TSP等。受各种条件的限制，不同的地质超前预报方法也有自己的使用范围和特点，同样也缺点。以下就对这几种超前地质预报方法进行简单地介绍。
1.1地质法属于长期超前地质预报方法。包括掌子面地质预测法、地面地质体投影法、断层参数法等。主要根据隧道施工期掌子面地质条件及地下地表构造的相关性原理，如岩体结构面产状及发育状况、岩体破碎程度、岩石变质程度等特征，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型式等。它具有可靠的理论基础、适用性强、成本低等优点，但是仅靠优先的预见范围，很难预报较大范围内的地质情况，尤其是在地质地层条件较为复杂的隧道中，这种方法的适用难度更大。
1.2 地质雷达属于短期的超前地质预报方法。相较于前者具有分辨率高、无损伤、探测和数据处理速度快、机动灵活，但是由于其预报距离较短，只能预报掌子面前方10~30 m以内。而且很难克服隧道施工中的各种干扰因素，进而影响探测成果的准确性。
1.3 TSP是长期超前地质预报方法之一。是利用震波在不均匀地在地质构造中产生的反射波特性来准确预报隧道施工前方150米范围内的地质条件和岩石特性的变化；同时，还可以提供岩石模量、泊松比等岩石力学参数，也可预测围岩级别，从而更清晰地反映前方的地质状况，为信息化施工顺利进行奠定基础。现在TSP已经被国内外广大技术人员和工程单位广泛采用。但它探测费用高、对隧道施工有干扰、受探测人员专业技术水平限制、存在多解性特点。在探测成果图中，断层、节理、软弱岩层界面，都以相近的异常带形式出现，差别甚小，在经验不足或解释水平不高的情况下很难区分。其探测的基本原理是:首先在隧道内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带等不良地质界面时将产生反射波,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，并通过不同数据表现出来，通过设备设置的震源反射波的数据采集系统(传感器和记录仪) ，将这些数据收集经微机处理后储存起来，然后将数据输入带有特制软件的电脑经过电脑进行复杂数学计算，最后形成反应相关界面或地质体反射能量的影像点图和隧道平面剖面图，供工程技术人员解译。
1.4波反射层析成像法
波反射层析成像法是近年来发展起来的一种隧道施工期地质预报方法，采用反射地震层析成像(TRT，美国NSA工程公司)已成功地进行隧道掌子面前方岩脉、岩溶洞穴、废弃矿巷、富水破碎带断层的预报，应用反射电磁波成像等波反射层析成像法进行隧道施工掌子面前方地质预报亦有所报道。
综上所述，几种方法都有其优缺点，但是提高预报的准确性和及时性仍是国内外工程地质界待解决的技术难题。因此，在施工时可以根据具体情况结合不同的地质预报技术对隧道施工前进行预报，然后配合系统的科学理论和信息化的管理技术，建立起预报手段。通过几种方法的互相结合，取长补短，最大限度的消除解释的唯一性，快速准确的推断和分析出施工前方出现的不良地质情况，同时还能够跟踪预报的结果及时的提供预测信息，进而为重大隧道工程提供了较为理想的预报效果。
2 TSP在实际中应解决的问题
隧道施工地质超前预报是对隧道掌子面前方可能存在的足以影响施工人员安全、施工进度(工期)、工程结构稳定的不良地质体(带)的位置、规模及其性质进行科学的预测预报，预测预报的主要内容有：(1)断层及其影响带、节理密集带的位置、规模及其性质；(2)软弱夹层的位置、规模及其性质；(3)岩溶层的位置、规模及其性质；(4)不同岩类间接触界面位置；(5)废弃矿巷的分布及其与隧道的关系；(6)工程地质灾害可能发生的位置和规模；(7)隧道围岩级别变化等；(8)隧道涌水水压及水量等8个方面。
结合上面需要预测预报的内容，TSP需要解决的技术问题包括：
2.1能夠探测和解译掌子面前方存在的断层、特殊软岩、煤系地层中的煤层、富水砂岩和煤系地层与其他岩层的界线，还可以探测和解译掌子面前方存在的溶洞、暗河、岩溶陷落柱和淤泥带等不良地质体。
2.2主要是查明上述不良地质的位置和规模，也可以概略地判断不良地质体的围岩级别；但是，围岩级别的准确判断，尚需跟踪地质工作中的围岩评价才能做到。
2.3能够达到的技术指标：①对不良地质性质的进一步判断，精度甚至可以达到基本准确。②能对不良地质的位置进行判断，精度可达90%以上；③对不良地质的规模也能去顶大概的范围，精度可达到85%以上。
另外在这里需要指出的是，上述探测能够解决的技术问题和达到的技术指标只有在与地面的地质界面、地质体投射法或者是隧道内的参数预测法相结合基础上，实施综合长期预测的前提下才能够达到的标准。因此，在整个隧道施工过程中，任何一种隧道超前地质预测技术不能单一使用，应该有机的结合在一起，扬长避短，尽量使预测准确、及时。
3 结束语
尽管隧道地质超前预报无论是预报方法还是技术手段(设备及分析处理软件)都得到了前所未有的发展，但在预报内容方面基本上仍然处于对界面(断层及断层破碎带、软弱夹层、不同岩层分界面、地层分界面、岩溶洞穴等)位置的预报，特别是采用物探方法进行地质超前预报时，对隧道施工掌子面前方地下水状况、岩溶洞穴充填物及其性质、煤层采空区的预报尚处在摸索研究的阶段，而隧道施工涌水、岩溶涌水、涌泥涌砂等灾害严重影响施工的正常进行，已成为常见灾害。因此，对隧道施工掌子面前方地下状况、岩溶洞穴充填物及其性质的预报，必将成为今后隧道施工期地质超前预报研究的重要课题。在未来的隧道施工期地质超前预报中，以地质方法为基础的集各种方法之长的综合超前预报方法将越来越显示出其优越性。
参考文献
[1]李学忠.超前地质预报在某岩溶隧道中的探测结果分析[J]-甘肃科技 2010(11).
[2]罗利锐,刘志刚,陈文涛.耿彦生红外探测技术在海底隧道地质预报中的应用[J]-地下空间与工程学报 2010(4).
[3]明思义.复杂地质的长大隧道综合超前地质预报研究[J].建筑.2009(12).
[4]梁庆华.宋劲矿井多波多分量地震勘探超前探测原理与实验研究[J]-中南大学学报（自然科学版）.2009(5).
[5]俞文生.刘志刚概论隧道超前地质预报技术体系[J].辽宁工程技术大学学报(自然科学版) .2009(3).
[6]薛翊国,李术才,苏茂鑫,张霄,赵岩,李为腾.青岛胶州湾海底隧道含水断层综合超前预报实践[J].岩石力学与工程学报.2009(10).
[7]俞文生,刘志刚.概论隧道超前地质预报的地质分析技术[J].科技创新导报 2009(15).
[8]沈鸿雁,李庆春,冯宏,张鹏,邵广周.隧道反射地震法超前探测研究[J].铁道学报.2008(6).
作者简介：张延峰（1987），男，1987年生，中铁三局桥隧公司员工，助理工程师，主要从事铁路隧道工程施工。
关键词：隧道；施工地质；超前地质预报；地质灾害
Abstract: the tunnel construction advance geological forecast technology is an important part of the information construction, especially for some important project. However, the present tunnel construction advance geological forecast technology is still in a single method, a single parameter, and the interpretation stage because of the specific geological forecast methods have their own characteristics and limitations, geological forecast that it is difficult to find a suitable for all kinds of tunnel geological hazard detection method, therefore, how to accurately and timely solve tunnel advance geological forecast has an important meaning, but also domestic and international scholars constantly strive to direction, and has obtained some achievements.
Keywords: tunnel; Construction geology; Advance geological forecast; Geological disasters.
中图分类号：TU74文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2013）
前言
隧道在掘进过程中的主要难题就是怎样更详细的了解掌子面前方的地质情况和岩土力学的参数。在复杂的岩土条件下进行施工，会遇到有如大断裂、塌方、突涌水等灾害，这些灾害会直接影响隧道施工和质量，并对施工带来无法估量的风险损失，尤其是在一些风险交叉突发时，问题更加严重。隧道掌子面前方的地质条件多变、高的覆盖层和既有稠密的基础设施等也会导致地面勘查钻孔或地面地球物理探测预报结果不准确。然而，地质超前预报又是隧道信息化施工中的重要组成部分。它的成功与否，直接关系着隧道能否安全施工，以及施工期间围岩的准确评定。但是，在实际的工作中，由于技术水平以及管理水平的原因，预报并不精确，没有真正发挥超前地质预报技术的优势，因此，如何有效成功地进行超前地质预报工作，是目前关心的主要问题。下面简单地对超前地质预报技术做简单的介绍，以供同仁参考。
1超前地质预报技术
目前，我国常见的预报方法有：地面地质调查法、地质雷达、TSP等。受各种条件的限制，不同的地质超前预报方法也有自己的使用范围和特点，同样也缺点。以下就对这几种超前地质预报方法进行简单地介绍。
1.1地质法属于长期超前地质预报方法。包括掌子面地质预测法、地面地质体投影法、断层参数法等。主要根据隧道施工期掌子面地质条件及地下地表构造的相关性原理，如岩体结构面产状及发育状况、岩体破碎程度、岩石变质程度等特征，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型式等。它具有可靠的理论基础、适用性强、成本低等优点，但是仅靠优先的预见范围，很难预报较大范围内的地质情况，尤其是在地质地层条件较为复杂的隧道中，这种方法的适用难度更大。
1.2 地质雷达属于短期的超前地质预报方法。相较于前者具有分辨率高、无损伤、探测和数据处理速度快、机动灵活，但是由于其预报距离较短，只能预报掌子面前方10~30 m以内。而且很难克服隧道施工中的各种干扰因素，进而影响探测成果的准确性。
1.3 TSP是长期超前地质预报方法之一。是利用震波在不均匀地在地质构造中产生的反射波特性来准确预报隧道施工前方150米范围内的地质条件和岩石特性的变化；同时，还可以提供岩石模量、泊松比等岩石力学参数，也可预测围岩级别，从而更清晰地反映前方的地质状况，为信息化施工顺利进行奠定基础。现在TSP已经被国内外广大技术人员和工程单位广泛采用。但它探测费用高、对隧道施工有干扰、受探测人员专业技术水平限制、存在多解性特点。在探测成果图中，断层、节理、软弱岩层界面，都以相近的异常带形式出现，差别甚小，在经验不足或解释水平不高的情况下很难区分。其探测的基本原理是:首先在隧道内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带等不良地质界面时将产生反射波,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，并通过不同数据表现出来，通过设备设置的震源反射波的数据采集系统(传感器和记录仪) ，将这些数据收集经微机处理后储存起来，然后将数据输入带有特制软件的电脑经过电脑进行复杂数学计算，最后形成反应相关界面或地质体反射能量的影像点图和隧道平面剖面图，供工程技术人员解译。
1.4波反射层析成像法
波反射层析成像法是近年来发展起来的一种隧道施工期地质预报方法，采用反射地震层析成像(TRT，美国NSA工程公司)已成功地进行隧道掌子面前方岩脉、岩溶洞穴、废弃矿巷、富水破碎带断层的预报，应用反射电磁波成像等波反射层析成像法进行隧道施工掌子面前方地质预报亦有所报道。
综上所述，几种方法都有其优缺点，但是提高预报的准确性和及时性仍是国内外工程地质界待解决的技术难题。因此，在施工时可以根据具体情况结合不同的地质预报技术对隧道施工前进行预报，然后配合系统的科学理论和信息化的管理技术，建立起预报手段。通过几种方法的互相结合，取长补短，最大限度的消除解释的唯一性，快速准确的推断和分析出施工前方出现的不良地质情况，同时还能够跟踪预报的结果及时的提供预测信息，进而为重大隧道工程提供了较为理想的预报效果。
2 TSP在实际中应解决的问题
隧道施工地质超前预报是对隧道掌子面前方可能存在的足以影响施工人员安全、施工进度(工期)、工程结构稳定的不良地质体(带)的位置、规模及其性质进行科学的预测预报，预测预报的主要内容有：(1)断层及其影响带、节理密集带的位置、规模及其性质；(2)软弱夹层的位置、规模及其性质；(3)岩溶层的位置、规模及其性质；(4)不同岩类间接触界面位置；(5)废弃矿巷的分布及其与隧道的关系；(6)工程地质灾害可能发生的位置和规模；(7)隧道围岩级别变化等；(8)隧道涌水水压及水量等8个方面。
结合上面需要预测预报的内容，TSP需要解决的技术问题包括：
2.1能夠探测和解译掌子面前方存在的断层、特殊软岩、煤系地层中的煤层、富水砂岩和煤系地层与其他岩层的界线，还可以探测和解译掌子面前方存在的溶洞、暗河、岩溶陷落柱和淤泥带等不良地质体。
2.2主要是查明上述不良地质的位置和规模，也可以概略地判断不良地质体的围岩级别；但是，围岩级别的准确判断，尚需跟踪地质工作中的围岩评价才能做到。
2.3能够达到的技术指标：①对不良地质性质的进一步判断，精度甚至可以达到基本准确。②能对不良地质的位置进行判断，精度可达90%以上；③对不良地质的规模也能去顶大概的范围，精度可达到85%以上。
另外在这里需要指出的是，上述探测能够解决的技术问题和达到的技术指标只有在与地面的地质界面、地质体投射法或者是隧道内的参数预测法相结合基础上，实施综合长期预测的前提下才能够达到的标准。因此，在整个隧道施工过程中，任何一种隧道超前地质预测技术不能单一使用，应该有机的结合在一起，扬长避短，尽量使预测准确、及时。
3 结束语
尽管隧道地质超前预报无论是预报方法还是技术手段(设备及分析处理软件)都得到了前所未有的发展，但在预报内容方面基本上仍然处于对界面(断层及断层破碎带、软弱夹层、不同岩层分界面、地层分界面、岩溶洞穴等)位置的预报，特别是采用物探方法进行地质超前预报时，对隧道施工掌子面前方地下水状况、岩溶洞穴充填物及其性质、煤层采空区的预报尚处在摸索研究的阶段，而隧道施工涌水、岩溶涌水、涌泥涌砂等灾害严重影响施工的正常进行，已成为常见灾害。因此，对隧道施工掌子面前方地下状况、岩溶洞穴充填物及其性质的预报，必将成为今后隧道施工期地质超前预报研究的重要课题。在未来的隧道施工期地质超前预报中，以地质方法为基础的集各种方法之长的综合超前预报方法将越来越显示出其优越性。
参考文献
[1]李学忠.超前地质预报在某岩溶隧道中的探测结果分析[J]-甘肃科技 2010(11).
[2]罗利锐,刘志刚,陈文涛.耿彦生红外探测技术在海底隧道地质预报中的应用[J]-地下空间与工程学报 2010(4).
[3]明思义.复杂地质的长大隧道综合超前地质预报研究[J].建筑.2009(12).
[4]梁庆华.宋劲矿井多波多分量地震勘探超前探测原理与实验研究[J]-中南大学学报（自然科学版）.2009(5).
[5]俞文生.刘志刚概论隧道超前地质预报技术体系[J].辽宁工程技术大学学报(自然科学版) .2009(3).
[6]薛翊国,李术才,苏茂鑫,张霄,赵岩,李为腾.青岛胶州湾海底隧道含水断层综合超前预报实践[J].岩石力学与工程学报.2009(10).
[7]俞文生,刘志刚.概论隧道超前地质预报的地质分析技术[J].科技创新导报 2009(15).
[8]沈鸿雁,李庆春,冯宏,张鹏,邵广周.隧道反射地震法超前探测研究[J].铁道学报.2008(6).
作者简介：张延峰（1987），男，1987年生，中铁三局桥隧公司员工，助理工程师，主要从事铁路隧道工程施工。