隧道超前地质预报技术应用研究

陈勃汐

摘要：隧道超前地质预报技术在隧道工程中广泛应用，但由于地质条件的差异性，对其应用的研究还需要进一步的探讨。本文结合某隧道斜井工程中隧道超前地质预报技术方式，在应用中有利于全面分析超前地质预报工作内容与方法的选择和实施程序，并针对本工程介绍了本工程采用的预测方法的应用，供工程技术人员参考。

Abstract： The tunnel advanced geological prediction technology is widely used in tunnel engineering. However， due to the differences in geological conditions， the research of its application needs further discussion. This paper combines the tunnel advanced geological prediction technology way in a tunnel inclined shaft project， which is beneficial to comprehensively analyze the selection and implementation procedures of the advanced geological prediction work content and method， and introduces the application of the prediction method adopted in this project， to provide reference for engineering and technical personnel.

關键词：超前地质预报；工作内容；预报方法；实施程序

Key words： advanced geological prediction；work content；forecasting method；implementation procedure

中图分类号：U452.1+1 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）30-0151-04

1 工程概况

某隧道斜井位于辽宁省本溪市草河口镇正沟村，斜井施工主要目的是配合、保证主体重点工程于家岭隧道工期及施工要求，与正线交点里程DK113+100，正线夹角45°。根据工期、施工要求，于家岭隧道斜井作为施工辅助坑道，采用双车道无轨运输，断面为7.5m×6.04m（宽×高），坡度8.48%，总施工长度为291.08m。

2 超前地质预报的主要工作内容

超前地质预报，最为主要的工作内容详细为表1。

3 针对某客专隧道风险控制预报方法的选择

目前常用隧道的超前地质预报方式，可以根据具体的距离情况，明确地质预报内容，了解短距离隧道的预报方式与长距离预报方式。对于长距离方式而言，在实际使用的过程中，主要进行超前地质的预报处理，在TRT6000超前探测的情况下，使用科学方式拉长预报距离。对于短距离的预报方式而言，主要使用雷达方式进行探测处理，在红外线技术的支持下，形成合理的工作模式，了解是否出现异常问题，在全面了解支护结构与掌子面结构的情况下，获取综合的资料，进行合理分析预报处理，保证提升预报工作准确性与可靠性。

①所有隧道均首先采用地质调查法和TRT6000超前探测系统进行长距离（掌子面前方约100～120m）的超前探测，确定地质构造、地层分界和不良地质范围等。对于地质条件复杂的隧道采用物探法进行进一步预报。②当TRT6000超前探测为风化层、断层破碎带、富水层带、溶洞等不良地质时，采用精确度更高的地质雷达进行短距离探测（掌子面前方约20～30m），进一步验证不良地质的位置、规模和岩性。③对富水地段采用红外线探水仪对地下水储存状况进行探测。④对地质调查、TRT6000超前探测、地质雷达法及红外探水等方法预报可能为富水软弱断层破碎带、富水岩溶发育区、煤层瓦斯发育区、重大物探异常区段，采用超前地质钻探法进行验证。

针对本隧道工程比重较大，部分隧道断裂构造发育，软弱围岩等不良地质分布范围较大，存在浅埋、地表失水、等多种风险因素，施工风险大。依据不同超前地质预报方法的优缺点和适用范围，已经要求在每层区域、突水区域与断层破碎带区域中，使用超前预报方式开展工作，在长距离预报方式的支持下，可形成短距离的工作模式，并创建多种预报体系，在超前预报处理的情况下，提升成果的准确性。

根据某客运专线重点隧道风险评估报告，结合风险评估报告对本段隧道中，经常会出现风险问题，应明确其中是否出现地质不良问题，使用科学的搭配方法开展工作。现就对于家岭隧道根据预报内容采取的多种预报方法绘表如表2所示。

4 超前地质预报的实施程序

超前地质预报综合预报法实施程序见图1所示。

4.1 宏观超前地质预报的实施程序

在开展施工准备工作中，应结合隧道工程的施工特点，使用超前地质勘查的方式，获取基本资料数据信息，在工程地质法的支持下，明确隧洞地层界线数据信息，了解围岩的具体类别，并在涌水方面进行预测处理，明确是否出现特殊工程的问题。

①应针对区域之内的地质资料进行合理的收集与整理，在全面调查的情况下，明确是否出现了断裂发育的现象，总结规律，判断规模与方向，以此形成地质灾害的分析机制。②在超前预报的过程中，应进行地质勘查资料的获取，合理预测工程与水文地质情况，合理开展研究工作。③应结合具结果情况，进行岩性的分布分析，了解构造特点，明确涌水问题的特点，在了解围岩类别的情况下，进行桩号范围的分析，在提出预报处理建议的情况下，进行开挖调整处理。

4.2 长期（长距离）超前地质预报的实施程序

在使用多种类型技术方式进行勘察的过程中，应开展定性预报与定量预报工作，进行掌子面前100m范围之内不良土质的分析，如图2所示。

①对于长期类型的超前地质预报而言，主要可以划分成为宏观不良地质、隧道长距离探测工作，在这两种勘察技术的支持下，可促进综合预报的合理实施与发展，形成良好的工作模式。在工程中，应科学的使用地质分析方式，明确不良地质特点，合理的进行预报，然后使用TRT6000技术开展研究工作，在隧道之内的120m距离之内进行长距离处理，采取合理措施提升工作效果。②在对掌子面前方相关岩石界线与断层进行预报分析的时候，需明确是否出现不良地质，在明确位置规模的情况下，科学开展判断工作，以此形成科学化与合理化的工作模式，确保全面判断不良岩石的等级特点。③对于一次预报而言，需将长度控制在120m左右，每次预报的长度都符合要求，重复段为20m左右。

4.3 短期（短距离）预报的实施程序

对于短距离的预报工作而言，需结合具体的地质预报特点与要求，将长期超前预报作为基础内容，针对掌子前面50m左右的区域地质条件进行合理的分析，明确围岩的具体类型。如图3所示，在工作中需要合理使用先进的仪器设备。

①主要是通过工程地质法、经验法等相互结合在一起，在雷达技术的支持下，明确地质标志，了解不良地质情况，在分析暴露位置的情况下，科学开展预测判断活动，预测不良地质的实际规模与相关位置。②对于短期预报而言，可以将其划分成为两种类型，其一，就是岩体具有一定的完整性特点，将预报距离控制在50m左右，可以提升信息的反映效果。其二就是呈现裂隙发育特点，岩体较为破碎，不能更好地反映数据信息，将预报距离控制在25m左右。③对于此类预报方式而言，主要成果就是针对地质岩性特点、地下水情况等进行合理的分析，在短期与长期预报方式相互结合的情况下，进行精确的预报处理，以此形成不良地质的分析模式，确保在合理预报的情况下，进行严格分析。

5 超前地质预报的预测方法

本隧道斜井施工采用TRT6000法进行超前地质预报，TRT6000地质超前预报系统是利用地震波的反射原理进行地质预报。检测时通过锤击或激震器产生地震波，地震波在隧道中的岩体内传播，当地震波遇到声学阻抗差异界面时，一部分信号被反射回来，一部分信号透射进入前方介质。声學阻抗的变化通常发生在地质岩层界面或岩体内不连续界面（如断层、破碎带、溶洞、大的节理面等）。反射的地震波信号被高灵敏地震信号传感器接收并被记录主机记录下来，然后经专门的O-RV3D软件进行分析处理，对地震波进行叠加，就得到清晰的异常体的层析扫描三维图象。再通过对异常体的里程、形状、大小、走向，并结合区域地质资料、跟踪观测地质资料就可以确定隧道前方及周围区域地质构造的位置和特性。

5.1 传感器的安装

TRT系统的传感器布点采用立体布点方式，在隧道左右边墙分别布设4个传感器，拱顶布设两个传感器，共10个传感器。安装位置示意图（如图4所示），传感器及安装分别如图5、图6所示。

5.2 击震点布置

击震点布置（如图4所示）在掌子面后方的裸露的岩体（或已到强度的初期支护）上，使用专用的击震棒击震即可，不需要提前打炮眼（较之其它预报采用钻眼爆破方式击震，更安全，更节省人工费用）。

5.3 数据采集及处理

数据采集时应按锤击点顺序逐一进行，记录不好或存在干扰时应重新锤击。对采集的数据及时经专用软件分析处理后，经综合分析可对前方地质情况做出判断，一般岩层探测深度120m左右。提交资料包括：TRT野外记录表；原始波形记录；二维和三维反射界面的透视图像；声波轨迹、频谱、速率和位移结果；地质解释结果。

5.4 报告整理

根据有关要求应及时提供超前预报资料或中间成果资料，主要是各个已探测点的资料分析结果及合理建议，指导下一步施工。成果报告整理分析要求如下：①阶段成果报告做到项目齐全，数据可靠，方法合理，图表完整。②最终报告能反映本合同重大不良地质体详查的全部成果，做到内容全面，条理清楚，文字简洁，论据充分，结论明确。

6 结束语

本工程经过实证，超前地质预报技术取得了良好的效果，保证了工程安全顺利开展。隧道超前地质预报技术应结合具体工程的实际情况，采用合理、适宜的预测方法和技术，有针对性地开展超前地质预报工作。

参考文献：

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[3]汪成兵，丁文其，由广明.隧道超前地质预报技术及应用[J]. 水文地质工程地质，2007（01）.