基于三维探测超前地质预报技术在铁路隧道动态信息化施工中的运用

高军 林晓

摘要：在铁路隧道动态信息化施工当中，三维探测超前地质预报技术的应用十分广泛，可以有效提升铁路隧道施工的安全性，确保隧道工程顺利进行。基于此，本文重点探究基于三维探测超前地质预报技术家在铁路隧道动态信息化施工中的应用。

关键词：三维探测超前地质预报技术；铁路隧道；信息化施工；应用

引言

随着我国科学技术不断发展，当今信息化技术的应用愈加广泛，也产生了信息化施工技术。从当今新建铁路隧道工程现状来看，受到隧道长度、深埋等因素影响，工程地质条件也变得愈加复杂。如果隧道深埋较大，在初期勘探当中所采用的宏观地面调绘、钻探、波速测井等方法无法精准的观测到地质条件、水文条件、不良地质条件，最终造成工程在施工当中出现突泥、突水、坍塌等现象，给工程后续施工带来了极大的影响，甚至是造成施工安全事故问题。而基于三维探测超前地质预报技术（下文简称“超前地质预报技术”），能够提前对每个施工段进行预测分析，根据围岩稳定性对不利地段做出判定，在开挖前做好预防措施，这样即可避免盲目施工，确保隧道施工的安全性。

1、超前地质预报指导原则与要求

1.1地质调查法

结合现有的工程勘察资料、地表补充地质调查资料、隧道内地质素描，采用层层对比、地层分界线、构造线、地下与地表相关性分析、断层要素、隧道几何参数等分析，这样即可对隧道不良地质千兆进行预测，推测出工程口开挖工作面可能产生的地质情况。

（1）地表补充地质调查

岩性、地层在隧道表面的出漏和接触关系；地质构造在隧道地表出露、规模、性质、产状变化情况；认为坑洞位置、走向、高程和隧道个工程的空间关系。根据隧道地表补充的调查结果，结合工程的勘察资料、设计文件、设计图纸等，对超前地质预报的重点区段进行核实、修整。

（2）内地质素描

将隧道工程当中所揭示隧道地质构造、地层岩性、构造面产状、地下水露出点、出水状态等信息记录，并绘制成为图表，主要包含了开挖面地质素描、洞身地质素描。通过对不同水文条件、地质条件进行记录，保证隧道下方围岩的稳定性、支护方式、初期支护后变形控制等。并对隧道工程施工围岩进行分级。

1.2超前钻探法

（1）方法

使用超前钻探法是利用冲击钻、回转钻获取到岩芯，在施工中两种工具配合使用，这样可以保证钻探效率和精准率，降低开挖施工周期。普通地段采用冲击钻即可，冲击钻不取芯，而冲击器的钻进变化、冲击、岩粉、卡钻、钻杆振动、冲洗液流量变化等，即可获取到岩石特性、强度、完整度、溶洞、暗河等情况。在地质较为复杂的地区采用回转取芯钻，该设备可以有效获得钻芯，并确定地层变化历程，只有在特殊地段、地层以及需要精准判定的情况下使用。

（2）工作要求

超前地质钻探要求每个施工孔长度要大于30m、搭接長度大于5m；加深炮孔探测通常循环9-14个，炮孔深度应大于5m，实际深度需要根据现场实际情况确定。

1.3物探法

（1）弹性波反射法（TSP）

地震波的震源点通常是设计在右边或左边墙上，大约有23-25个炮点，采用小量炸药激发产生。在数据检测当中可以采用的TSPwin软件处理，最终可以获得岩石力学参数、强度指标，结合反射波组合特性和动力学特性、岩石物理力学参数等判定地质特性。

（2）电磁波反射法

应用控制单元向地层发射机高频率电磁波，在遇到不同介质时，电磁波的能量转换成为反射波回到地面，雷达接收到反射波，并对反射波进行分析，从而获得地层厚度、岩层完整性、岩层含水率。

（3）工作要求

弹性波反射法没循环探测距离在100-150m之间，重叠部分应大于10m；电磁波反射发每循环探测距离应小于30m，重叠部分应大于5m。

2、超前地质预报技术在隧道工程信息化施工中的应用

为了能够掌握超前地质预报重点，提高超前预报效率和精度，需要结合设计单位提供风险隧道分级、隧道施工图、隧道风险评估，掌握隧道风险等级、风险主要因素等，标段隧道超前地质预报实施过程中可能出现的不同风险以及风险段落，针对性应用超前地质预报法。

2.1地质调查法

对所有的隧道段都采用地质调查法展开超前预报。

2.2根据风险区段确定超前预报方法

标段隧道风险区域划分需要结合设计单位的《隧道风险评估设计图》决定，根据隧道区段风险等级确定使用哪种超前预报方案。

（1）极高风险地段采用地质素描、超前水平钻孔、TSP203、超长炮孔、地质雷达、红外他测综合预报法。

（2）高风险地段采用地质素描、超前水平钻孔、TSP203、超长炮孔的综合预报方案。

（3）中度风险地段采用地质素描、TSP203的综合预报法。

（4）低度风险主要是应用地质素描方法。

2.3按照不良地段确定超前预报法

结合实际的设计文件、长距离地质预报结果、地质素描等技术，识别隧道工程中所存在的溶洞、断层破碎带、承压水、沟谷浅埋、岩层接触带等风险源地段，并且在前后延长50m范围，结合高度风险等级展开地质超前预报。如果确定是极高的危险等级，需要按照极高风险的方案进行超前预报，补充红外探测预报、地质雷达预报，将最终的检测结果反馈给设计单位，对极高风险等级地质条件进行深度研究，决定采用炮孔、超前水平钻、超前水平导坑等各类方法，查明地质状况。

（1）在断层破碎带、褶皱核部位、节理密集带、沟谷浅埋地段预报当中，在施工中采用红外探测方案，深度为30-50m，如果探测前方没有水，使用单孔超前水平钻验证。如果检测有水，则确保超前水平钻探的断面钻孔数量不低于3个，检测水量。

（2）承压水段落，施工前采用红外测测预报技术，深度为50m，之后采用超前水平钻探方案，每个断面钻孔数量不得低于3个，并得到水量和水压参数。

（3）熔岩、人为空洞地段，施工前使用红外探测、雷达探测技术进行预报，深度为30-50m，之后采用超前水平钻探，每个断面钻孔数量不低于3个，开挖时采用加深炮孔探测，炮孔数量、长度根据工程实际确定。

（4）岩层接触带采用3孔超前水平钻验证即可。

结束语

综上所述，在铁路隧道施工中采用超前地质预报技术，能够有效加强隧道施工工序管理，采用上下对照、长短结合、定量、定性分析等方案，实现相互印证，开展综合的地质超前预报，保证了预报精度和效率，这对保证施工效率、施工质量有着重要意义。

参考文献

[1]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.

[2]王书章. 雷达超前地质预报技术在大断面浅埋隧道施工中的应用[J]. 交通运输研究，2014，42（9）：143-146.

[3]齐莹. TRT6000超前地质预报系统在铁路隧道施工中的应用[J]. 国防交通工程与技术，2016，14（2）：663-664.

（作者单位：1.国家铁路集团武广高铁公司；

2.中国石油大学（北京））