隧道超前地质预报综合分析方法研究

■姚志国

（广东核力工程勘察院广东广州510800）

隧道超前地质预报综合分析方法研究

■姚志国

（广东核力工程勘察院广东广州510800）

隧道施工过程中，存在的风险因素比较多，为了保证施工的安全性，采用超前地质预报方法，分析即将施工的隧道的地质情况。以往的超前地质预报中，多采用单一的方法进行，但分析时由于方法存在一定的不足之处，从而导致分析结果存在一定的局限性，为了避免这一问题，本文在综述地质超前预报目的及内容的基础上，分析了常用方法的优缺点，并构建了地质超前预报综合分析体系。

隧道地质超前预报综合分析方法

0 前言

随着隧道施工的发展，超前地质预报工作也取得了一定的进步，原有的单一预报方法逐渐的变为综合性的预报方法，有效的避免了单一预报方法中存在缺点，提升了分析与预报的准确性，较为正确的了解即将施工段的地质情况，采取相应的施工措施，从而促使隧道施工顺利的开展，并保证施工的安全性。

1 地质超前预报的目的及内容

1.1 地质超前预报的目的

隧道施工时，影响施工安全性的因素比较多，一旦发生安全事故，不仅影响施工人员的人身安全，同时也影响施工的进度。通过地质超前预报的开展，可了解地质情况，保障施工的顺利开展。地质超前预报实施时，异常情况可以及时的发现，掌子面前方存在不良地质时，可以预报不良的位置，并预报地质的产状、是否含水等，促使施工队伍以此为依据，对施工方案进行相应的调整，避免突水、突气、突泥的发生，保证施工的安全性。通过预报，在较短距离内，可分析掌子面前方的地质条件、围岩类别等，指导施工选择正确的施工方法，提升隧道施工的科学性，保证安全性。

1.2 地质超前预报的内容

地质超前预报中，预报的内容主要包含六项：第一，预报不良地质及灾害地质，掌子面前方较短距离（15～100m）内，可准确的预报灾害地质，如突水地质，并预报灾害地质的覆盖范围、规模等，指导施工，对施工计划进行合理的调整；第二，预报水文地质，隧道施工中会出现涌水，水量的大小、涌水的变化规律可有效的预报；第三，预报断层及破碎带，将断层的位置、性质、充填物等预报出来，并预报充水性及稳定程度，提出施工意见；第四，预报围岩类别，在隧道开挖面，前方会存在围岩，可将其具体的类别及稳定性预报出来，对施工设计提出修改意见[1]；第五，预报有害气体，隧道内部存在有害气体，通过超前预报方法，将其含量、成分等预报出来，避免有害气体造成安全事故；第六，预报膨胀岩，隧道内部膨胀岩的膨胀力过大时，会影响安全性，通过超前地质预测，对其膨胀力及膨胀量进行预测，及早的采取防治措施。

2 隧道超前地质预报常用的方法

2.1 地质调查法

在地质调查法中，地质理论及相应的作图法是该方法的依据，在现有的隧道勘察资料、地质相关的调查资料等材料的基础上，采取相应的对比和分析手段，比如地层层序对比、隧道内不良地质临近前兆分析等，将开挖面前方的地质情况进行合理的推测，并进行相应的预报[2]。利用此种方法进行超前预报时，如果隧道的埋深并不深，而且地质构造比较简单时，预报的准确性比较高，但部分隧道条件并非如此时，预报的准确性无法有效保证。

2.2 超前钻探法

隧道施工中，在开挖面通过钻机钻探，将相应的地质信息获取，此种方法即为超前钻探法，无论隧道地质条件为何种，都可以利用此种方法进行超前预报，尤其是富水岩溶发育区、煤层瓦斯发育区等复杂地质条件中，预报具有良好的准确性。通过钻孔的进行，可将钻探部位的地层岩性等相关情况直观的反映出来。不过，利用超前钻探法进行地质预报时，需要比较高的成本费用，且需要的预报时间比较长，在一定程度上影响施工进度，且钻孔所反映出来的相关信息仅能代表某一点，可能会存在漏报溶洞的可能。

2.3 超前导坑预报法

在超前导坑预报法中，地质情况的预报在超前导坑中反映，依据地质理论和作图法，将正洞地质条件预报出来，此种超前预报方法包含两种，一种是平行超前导坑法，一种是正洞超前导坑法，隧道施工中先开挖一部分，依据该部分的地质条件对即将开挖部分的地质条件进行预报[3]。无论地质情况具体为何种，此种方法都比较适用，预报未开挖隧道、煤层、断层时，准确性比较高，但对于岩溶，可能会存在预报不准确的情况。

2.4 物探法

在探测对象与相邻介质之间，物性差异存在，且规模足够被探测时，可采用物探法。采用物探法预报地质条件时，如果被探测对象的地质复杂性比较高，而且存在比较多的干扰因素时，被探测对象的物性条件应该被充分的利用起来，实现综合物探。物探法中比较常用的包含三种：

第一，可控源音频大地电磁法。在此种方法中，地下岩石采用人工场源激发，电流通过时，电位差形成，不同供电频率传来时，通过接收，形成一次场电位，底层中，场的频率不同时，具备不同的传播深度，由此，深度与频率之间形成一定的数学关系，岩石不同时，具备的电导率不同，电流通过时，形成不同的电位和磁场[4]。此种方法具有比较大的勘察深度范围，且具备比较高的分辨力，良好的低阻敏感性，强大的抗干扰能力，灵活设计，但此方法使用时，存在静态效应等缺点。该方法野外工作时，布置图如图1。

图1 可控源音频大地电磁法野外工作布置图

第二，高密度电法。此种方法中，起到基础性的作用为岩石的电性差异。实际上，此种方法为阵列勘探方法，运用的过程中，在测点上将电极放置即可，通转换开关和电测仪，自动采集相关的数据，通过数据中的电性差异，分析地质情况。但此种方法在使用的过程中，地形、旁侧对其使用效果影响比较大，探测范围存在一定的限制性，多解性。

第三，弹性波反射法。在不均匀地质体中，地震波和声波会形成相应的反射波，基于这一特性，该方法通过人工激发的方式，利用反射波对隧道开挖面前面的地质条件进行预报。地层界线的划分、地质构造的查找、不良地质的探测中，比较适合采用弹性波反射法，利用弹性波反射法预报时，使用的时间比较短，成本少，比较少的影响隧道施工，但在实施过程中，采集条件产生的影响比较大，降低数据的准确性[5]。弹性波反射法的探测图如图2。

图2 弹性波反射法探测图

3 隧道超前地质预报综合分析方法

3.1 综合预报原则

隧道施工中，超前地质预报综合分析体系构建时，应坚持五项原则，具体如下：第一，以地质分析为核心，地质调查中，主要的手段包含两种，一种为地质地面调查，一种为掌子面地质调查，必要时，采用超前钻孔，同时，超前预报中，核心性的内容为地质分析，在整个预报工作，要始终坚持这一核心；第二，综合物探与地质分析相结合，利用综合物探法进行超前地质预报工作时，还应该紧密的结合地质分析工作；第三，洞内外相结合，地质预报工作中，不仅要预报洞内地质，还应该预报洞外地质，在这二者中，主要为洞内预报，可采用综合物探法、超前钻探法等，辅助为洞外预报，可采用地面地质调查法[6]；第四，长短预报结合，预报时，以长距离为指导，精确预报短距离的地质情况，长距离预报时，可采用地质地面调查法，短距离预报时，可利用地质雷达法、掌子面素描法等；第五，物性参数互补，预报物性参数时，应综合利用物探法中的多种方法，相互之间发挥补充配合的作用，提升预报的准确性。

3.2 综合预报工作体系

在上述五项具体原则的指导下，构建出超前地质预报综合分析工作体系，形成工作路线图（如图3）。以隧道施工前的勘察设计资料为基础，对其进行详细的研究，之后，通过地面地质调查方法，将断层、不良地质的大致位置确定，并预测其与隧道轴线交点的位置，岩层、断层的产状进行科学的评估，估测地下水富存的区域[7]。这些工作完成之后，在宏观层面上，形成预测地质分析结果，结合掌子面地质调查方法，并选择适当的物探方法，保证物性参数互补原则的基础上，对隧道的地质进行超前预测，并进行相应的预报，对掌子面前面的详细地质消息进行较为全面的了解。最后，依据预报及预测的结果，确定具体的施工工序、方法等，提升施工的安全性。

图3 综合预报工作体系工作路线图

3.3 综合预报组织结构

在超前地质预报综合分析体系中，组织结构的作用十分重要，施工现场中，组织结构的主体确定为施工单位，囊括众多的相关专家，两组人员平行的进行综合预报及咨询、分析。施工队伍施工时，注意对超前地质预报资料进行相应的收集，而资料的来源为各种预报方法的预报结果，资料收集完成后之后，综合性的分析隧道的地质条件，并整理成预报初稿，将该稿件交给专家组[8]。专家组中的专家就初稿进行综合分析，形成意见，反馈给施工队伍。施工队伍收到之后，讨论、分析专家组的意见，当结果出现分歧时，可以利用超前钻探法，结合钻探的结果，形成预报报告。依据预报报告，结合监理会等相关组织，经过分析、论述之后形成施工决议，应用决议来指导施工。通过组织结构的综合性分析与探讨，最终形成了科学性的施工建议，由此一来，施工的安全性得到良好的保证，施工的进度也可有效控制。

4 结论

隧道施工中，超前地质预报有着十分重要的作用，通过综合预报工作体系的构建，避免了单一预报方法存在的不足之处，充分的发挥各种预报方法的优点，提升超前地质预报工作的准确性，从而充分发挥预报对施工方法的指导性作用，保证隧道施工的安全性，并保证隧道施工在工期内顺利的完成，提升施工队伍的经济效益。

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[6]薛斌，韩小敏.宜万铁路岩溶隧道地质综合超前预报技术 [J].铁道标准设计，2010，（08）：72-77.

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P624[文献码]B

1000-405X（2016）-6-86-2

姚志国（），男，本科，工程师，研究方向为工程地质、水文地质、环境地质及工程勘察等。