超前地质预报技术在铁路工程隧道施工中的应用

陈泽翼

摘 要：随着经济的发展和科学技术的进步，对于铁路的建设也提出了新的要求。本文从超前地质预报技术出发，分析其意义和目前应用时候的问题，并列举了一些目前较为常见的预报方法；同时根据实际工程分析超前地质预报技术的实际应用，旨在为相关工程人员提供参考意见。

关键词：超前地质预报技术；铁路隧道施工；技术应用

1 超前地质预报技术概况

1.1 超前地质预报技术的意义

超前地质预报是在隧道开挖的时候，对掌子面前方及其周边（主要是铁路隧道）的围岩与地层情况做出超前预报。由于隧道掌子面的前方及其周边地质条件的影响，使得隧道容易出现涌水、塌方等安全事故，会影响工程周期、工程设备的损坏等，造成经济损失，严重的会导致工程出现质量问题甚至造成人员伤亡事件。隧道围岩的地质情况比较复杂，在进行地质调查的时候，调查结果会受到勘探深度、地形限制、分辨率的影响，会出现一定几率的结果不准确的现象。勘探结果的准确性对施工工程的影响不容忽视，如果勘探结果无法准确的反应隧道的实际地质情况的话，势必会对后期隧道施工的开展造成不良的影响[1]。

1.2 目前铁路隧道地质预报存在的问题

在目前的铁路隧道施工当中，地质预报工作采用的都是比较单一的地质预报方法，即预报隧道工作面的前方信息。但是这种单一的预报方法所能提供的有效信息非常的有限。尤其是在地质条件比较特殊的隧道施工中，其地质环境结构复杂，出现地质灾害的概率比较大。因此受其高风险性的影响，这种单一的预报方式已经对隧道工程的安全性造成了很大的影响[2]。

2 超前地质预报技术常用方法

超前地质预报技术常用的方法比较多，分类也不尽相同，根据《客运专线铁路隧道工程施工技术指南》的相关规定，对几类工程中比较常见的方法及其应用范围进行简单的介绍，并对目前比较主流的地震波法超前预报技术进行重点分析。

2.1 机械钻探

机械钻探通过超前地质钻杆在隧道的断面若干处开展钻探，然后根据钻杆上的岩土构造和水文地质来判定前方围岩的特性。该方法通常在隧道断面的中上部、左侧、右侧取3个点（可以视实际情况多選几个），对钻探出的围岩进行综合对比分析，并在每两米处记录围岩的状况，超前钻杆的长度多数以20m左右为主[3]。

2.2 电法

电法包括直流电法和高密度电阻法，直流电法能够探测隧道的掌子面及侧帮的含水构造情况；高密度电阻法能够探测洞穴、岩溶、地质界线等。

2.3 电磁法

电磁法包括甚低频法和地质雷达法，甚低频法能够探测隐伏断层和破碎带，探测岩体的接触带，也能探测含水构造以及地下暗河等；地质雷达法能够探测隐伏断层和破碎带，对地下岩溶、洞穴、地层的划分情况的探测效果也比较优越。

2.4 红外探水

红外探水能够探测局部地温是否存在异常现象，也用于对地下脉状流、脉状的含水带、隐伏含水体等结构所在位置的探测。

2.5 地震法超前预报

地震法是目前隧道中长期超前预报应用较为主流的方法，常涉及的包括TSP隧道地质超前预报、TST隧道地质超前预报、HSP隧道地质超前预报等。

2.5.1 TSP隧道地质超前预报

该方法利用了隧道围岩排列方式能够激发弹性波，而弹性波进行三维空间的传播过程中，如果遇到声阻抗的界面（即地质岩的变化界面、构造的破碎带、岩溶发育带、岩溶等），会出现弹性波的反射，布置于隧道围岩上的接收装置能够检测该信号，将其传输到仪器当中进行处理，既通过掌子面前方岩体所反射的波信息来进行预报。

2.5.2 TST隧道地质超前预报

该方法充分的利用了三维波场的复杂性，能够实现方向滤波，即只保留掌子面前方的回波，能够有效的避免目前方法当中出现的误报率高、虚报的技术缺陷。该方法能够准确的得出掌子面前方围岩的波速分布情况，有效的避免了现有方法位置不准确的问题，为岩体的类别判定提供了数据基础。

3 实际应用分析

3.1 工程概况

坪山隧道位于桂林市境内，隧道进口里程DK462+160，出口里程DK468+465，全长6305m，隧道出口端设平行导坑一座，长2500m。隧道进口端为弱风化灰岩，白云质灰岩夹白云岩，存在少量危岩落石，隧道左边顺层，岩溶地下水发育，DK464+250～DK464+450段和DK465+100～DK465+300段隧道洞身上部发育有溶蚀洼地。隧道中部处于可溶岩与非可溶岩的接触带，岩层破碎，上下岩性透水性差异，导致洞身范围内极易形成岩溶地下水大量积聚，产生开挖堆囊状突破。隧道出口端为砂岩、泥质砂岩夹灰岩，洞口位于强风化层中。

3.2 超前地质预报技术应用

3.2.1 TSP法

在隧道的左右边墙设计了24个震源点，并用少量炸药激发，在地震波受到岩石影响会反射，进入前方介质，被信号接收器接收。通过TSPwin处理软件能够分析出岩石密度、杨氏模量、泊松比、弹性模量等参数，通过该方法分析出在工程的某段围岩出现整体破碎、溶蚀破碎带等。

3.2.2 地质雷达法

地质雷达法预报距离30m，搭接5m，使用了瑞典的SLR-3000型雷达探测。图1、2为某掌子面的测线1、测线2的探测图。显示掌子面前方8～10m，有较强反射信号，结合地质分析，推测为小型溶隙，掌子面前方13～15m，有物探异常信号，结合地质分析，推测为小型溶隙。

4 结束语

通过文章的阐述，对超前地质预报技术进行了简单的介绍，包括其常见的问题和技术类型，并分析了其重要性，根据实际的工程分析了超前地质预报技术的应用，为工程人员提供相关参考意见，但是在实际的参考当中还需工程人员结合工程的实际情况来具体应用，不断的摸索新的办法，推动铁路建设工程的发展和进步。

参考文献

[1]许亚军.综合超前地质预报技术在林家屋基隧道施工中的应用[J].西部探矿工程，2016，（6）：191-193.

[2]廖烟开，戴建玲，吴智，等.超前地质预报技术在铁路隧道动态信息化施工中的应用[J].现代隧道技术，2015，（1）：197-202.

[3]王国丰.超前地质预报技术在软岩隧道施工中的应用[D].西南交通大学，2014.

（作者单位：中铁二十三局集团第四工程有限公司）