隧道施工地质超前预报工作方法

隧道施工地质超前预报工作方法

尹富勇

重庆工贸职业技术学院重庆市408000

摘要：我国的铁路隧道工程在不断地发展和延伸，在各种高难度隧道工程的建设过程中，由于地形地质条件的复杂特性，对地质勘察提出了更高的要求，而且，施工前期也无法全面把握各种不良地质环境，而这些不良地质体又是危害工程施工的主要源头，给隧道施工工程带来安全隐患和经济损失。因而，为了杜绝不良地质条件对隧道施工的危害及不良影响，我们致力于研究隧道施工工程的各种超前预报方法，在摸索与实践的过程中，逐渐研发出了多种地质超前预报方法，取得了较大的进展，为未来的发展趋势指引了方向。

关键词：隧道施工；地质；超前预报；方法；

隧道工程已经在我国基本建设的领域内占据了重要的位置，由于隧道地形条件的复杂性和技术水平因素，使我国的隧道施工工程备受关注，对隧道施工的超前地质预报也成为了隧道施工中不可缺少的部分，它通过各种反射地震类、电磁类等超前探测方法和地震波超前预报技术方法等，对隧道工程的信息化施工和安全保障提供了科学而先进的技术条件，以其优势而精确的探测对隧道施工发展中的问题进行预测，显示出较好的应用前景。

一、隧道施工中存在的不良地质体类型分析

1.破碎断层地质是隧道施工中最频繁出现的不良地质环境，是造成隧道塌方事故的重要诱因。断层破碎带的宽度、断层特性、活动性、隧道轴线与断层的构造及走势，都给隧道施工中的稳定性和安全性带来了影响。

2.涌水地质条件。由于隧道的开挖，改变了所在地区的水文地质特征，地下水的排泄渠道，经过隧道倾泄而出，形成突破型涌水，引起意想不到的突发危险。而且随涌水而入的泥砂夹杂沉淀，也在无形中间接抬高了水位，又造成间歇型的涌水。这种不良地质条件都给隧道施工带来了安全隐患[1]。例如掌子面涌滴水，就是隧道施工中的隐患之一。

3.岩溶发育地段的不良地质条件。各种溶洞、石灰质岩、地下暗河都会对隧道造成影响，在隧道施工的过程中，膨胀、变形、断裂等危险因素都会导致隧道塌陷。例如：典型的强溶岩隧道，施工风险就极大。

二、隧道地质超前预报的形式

1.常规性预报单。通过隧道掌子面的地质描述、有害性气体量测、地面针对性调绘等系列工作，结合工程长期性预报单，进行工程地质绘图，对掌子面15～30m之前的地质的状况、围岩的类别、水文等条件及有害性气体情况进行预测，针对性地提出施工建议，并以书面的形式向施工单位持续提交预报通知单(一式两份)。

2.长期性预报单。分析已有设计材料，详细地描绘和核对补充资料，在对探测试进行综合判断后，得出综合性结论，提交给施工方掌子面之前50100m的地下水、地质情况和施工建议，并以书面的形式提交长期性预报。

3.简单说明及口头通知。根据掌子面地质状况、前方地质不良情况以及施工技术主管领导口头或草图形式来解释的预报单，并且对施工注点问题进行说明，用作工程施工组织设计的依据。

三、隧道施工中不良地质超前预报方法分析

1.常规地质超前预报法。这种方法是基本的地质超前预报法，它是运用地质学理论，划分地层的风险等级，推断出隧道施工前方的工程、水文地质情况，为超前地质预报方案的制定提供依据。(1)工程地质法超前预报。这是方法是在对隧道进行内外环境调查的基础上，对岩体发育阶段状况、岩体破碎度以及变化情况进行描述，这种地质调查的主要项目包括：地质岩层的发育变化、岩溶地形的发育形态、断裂岩层节理规律、煤层的地表位置等。再用地质方法进行隧道构造作图，从而预测出隧道穿越的位置，实现超前预报。其主要特点是：操作方便而且适用于隧道较浅、地形不复杂的地况，而对较深的隧道和地形复杂的区域，则不能进行精确的预报[2]。(2)超前导坑预报法。超前导坑预报法有平行导坑和正洞导坑法两种，其中，平行导坑法断面小，在实施过程中要做必要的测试试验，并同时做好相关记录，对隧道穿越地层分布结构情况进行平面的展示，做出地质素描图，可以指导较小间距的平行隧道，对隧道施工进行预报。正洞导坑法的精度优于平行导坑法，它是先确定隧道的中心轴线，沿隧道的正洞开挖出小导坑，进行初步探测，再将小导坑进行扩大为断面，实现超前预报功能。我国的北京八达岭隧道施工就运用了这一方法。(3)超前水平钻孔预报法。这一预报方法是将钻机设备移入隧道之内，按照水平方向钻进，根据钻机钻进的速度测试、岩芯采取率、强度鉴定等数据，来推断隧道掌子面前方的岩层节理构造、岩体的地形构造等大概情况，隧道施工人员可以对这些检测数据进行分析，如：对岩芯采取率的鉴定，如果岩芯采取率低，则表明有裂隙在形成和发育；如果岩芯采取率高，则表示岩体没有裂缝，完整性良好，完成地质超前预报。但是，这种超前水平钻孔预报方法也有其局限性，即往往出现隧道施工中，由于这种方法的“一孔之见”而导致不良地质体的漏报，使之无法准确预报复杂的地质地形条件，对隧道掌子面前方的小断层及与轴线平行的断面也无法进行准确预测，还有待于更多的探索和实践应用。

2.地球物理超前预报方法。这一新型的超前地质预报方法，在隧道掌子面前方的界面预测中主要是运用了波的反射法原理，在各种不同声波的应用技术中，通过超声波、地震波、电磁波等对隧道地层中的信号进行采集、反射、接收等功能，完成隧道施工前期的地质超前预报。它以地质介质的导电性质、导热性质等的不同差异为物理基础，有其适用的范围和优劣特性，主要有以下几种：(1)地震波反射超前预报法。这种方法包括TSP203预报法，它是采用回声测量原理，从震源点激发地震波，隧道内部遇到岩体则会产生阻抗界面，其地震波的反射信号被高灵敏度的地震三分量检波器接收，从而在软件的评估和分析下，完成对隧道施工的超前地质预报。它尤其适宜于具有弹性差异的地质体，但是对于含水的地质体无法进行识别，是其主要缺陷。(2)地质雷达超前预报法。这种方法由于对含水地质体比较敏感，因而可以用于对隧道前方含水地质体的辨识和定位。它是借助于电磁波的原理，将高频宽带短脉冲发射入隧道前方地层中，前方的不良地质体对其进行反射，从而推断出隧道前方不良地质体的深度和形状等特征，完成超前地质预报。(3)瞬变电磁超前预报方法。它也可以对含水地质不良体进行准确预报，它是采用磁性源，向隧道前方的地质体发射一次场，再由低阻目标感应涡流产生二次场，根据时间和距离的探测，得知隧道前方的地质条件，完成超前预报功能。(4)隧道核磁共振超前预报法。这种超前预报方法是运用了核磁感应和能级跃迁的观点，探测隧道前方含水地质体中水的氢质子的弛豫特性而产生核磁共振现象，实现隧道前方的含水地质体的水体定位和预报功能。目前，已在我国的施工中得以成功应用和推广。另外，还有一些隧道施工地质超前预报方法，诸如：隧道激发极化技术、单孔定向雷达技术、地震波探水技术等，还需要我们进一步探索和攻关，为推动隧道施工地质超前预报起到重要作用。

总之，不同的地质特长其地质预报的情况也是不同的，在隧道施工中，其超前的预报方法也不断开发并加以实践，这样可以使其在不同的范围和条件下都适用。因此我们要做好从超前地质预报的实际情况，根据隧道地形勘察的调查数据分析，选取不同的超前预报方法，对分析预报结果进行不断的总结，结合传统预报技术，不断提高预报的准确率，，研发出适用于隧道施工环境的超前预报方法，从而起到指导施工、预防事故的目的，在实践的运用中积累技术和经验。

参考文献：

［1］张敏．浅谈隧道施工地质超前预报工作方法.2018.

［2］杨海生．隧道施工地质超前预报方法与探测技术研究．2018.