综合超前地质预报在小安隧道施工中应用的思考

刘康

摘 要：因前期勘察受成本、技术、工期等因素制约，隧道施工超前地质预报已然成为隧道施工中避免和减少地质灾害风险的必要手段。本文以小安隧道施工超前地质预报的实例，对综合超前预报技术的应用开展了思考，总结综合超前地质预报各方法相互印证，互补不足，提高预报准确率。

关键词：综合；超前预报；隧道

超前地质预报作为隧道施工重要的一个工序，在铁路、公路隧道及水电工程引水洞中已广泛应用，[1-2]对降低隧道施工风险，优化隧道设计起到关键的作用。目前铁路隧道超前地质预报主要结合勘察阶段地表地质调绘、大地电磁勘探等，施工阶段采用、地质调查法、超前钻探法、超前导坑、地震波反射波法、地质雷达法、瞬变电磁法、红外探水法等方法，以地表勘察结合隧道内预报的方式进行预报。[3]本文以小安隧道超前地质预报为例对综合超前地质预报的应用进行了思考。

1 工程地质概况

小安隧道全长13.5km，最大埋深800m，属构造侵蚀低中山峡谷地貌，地形起伏大。下伏泥岩、页岩、灰岩夹泥灰岩、灰岩、白云质灰岩夹炭质灰岩、煤层等。隧区属于扬子准地台西北边缘地带，处于龙门山褶皱带和大巴山褶皱带的交接地带，褶皱、断层等构造较发育。地下水以岩溶水、基岩裂隙水等为主，地下水位线与线路标高接近，隧道掘进过程中顺层、软岩大埋深段塌方风险大，灰岩构造带及可溶岩非可溶岩接触带发生涌水突泥风险大。

2 综合超前地质预报方法

本隧道超前地质预报主要基于前期地表调绘及地面大地电磁勘探了解隧道各预报段岩性及构造大致分部，圈定重点预报段落及内容，采用地质调查法、地震波反射法和地质雷达法进行隧道内综合超前地质预报。

2.1 大地电磁法

大地电磁法勘探是利用不同频率电磁波趋肤深度差异原理，随电磁波频率减小趋肤深度增大，利用地球与太阳风互相作用以及雷电产生的不同频率天然交变电磁场达到探测不同深度地层电性特征的目的。

2.2 地质调查法

通过了解隧区内地质构造及地层发育分布规律，进行掌子面地质素描推测开挖前方岩性规律以及不良地质分布规律。

2.3 地震反射波法

采用人工激发地震波，地震波传播过程中遇到地层中波阻抗差异面发生反射，由信号接收装置接收反射信号。将反射波信号处理得到预报前方岩体物性参数，从而对掌子面掘进前方岩性类别、构造、含水特征等进行预测。

2.4 地质雷达法

地质雷达法利用电磁波在介质中传播遇地址异常体及介质分界面，发生反射并由雷达天线接收，电磁波反射强度、时间、波形等因介质电性特性差异而异，从而确定预报前方地质特性及空间分布。

3 综合超前地质预报实例

3.1 大地电磁勘探

从大地电磁勘探资料可以看出，在洞身范围内存在较明显的大地电磁低Ⅴ类阻异常，且洞身范围内为灰岩夹页岩地层。灰岩与页岩接触带存在岩溶发育条件，因此大地电磁勘探资料显示低阻异常可确定为岩溶预报的靶区，见图1。

3.2 掌子面地质调查

掌子面开挖揭示为二叠系上统（P1）灰岩夹页岩，青灰色，弱风化，岩层产状N55°E/41°NW（16°），节理较发育，夹泥。岩溶弱～中等发育。开挖掌子面溶蚀裂隙较发育，夹泥现象频现，岩性以灰岩为主，薄层状页岩，推测为岩溶强烈发育的前兆，因此在物探预报中作为岩溶预报重点段落进行预报。

3.3 地震反射波法预报

地震反射波法预报结果中，纵波、横波速度明显降低，且泊松比大幅上升，推测圍岩完整性差，含水，且该预报段以灰岩夹页岩为主，地质条件满足岩溶发育条件，故推测岩溶强烈发育，充填水或泥，施工开挖过程中应加强施做超前水平钻探及加深炮孔进一步探测物探异常，见图2。

3.4 地质雷达法预报

在掌子面离地面1.5米高处布置一条地质雷达测线，从掌子面左侧向右侧探测。地质雷达探测结果显示，探测区内地质雷达反射波振幅变化明显，呈强能量反射团，推测溶洞发育，充填淤泥或水，见图3。

预报段开挖揭示溶洞发育，充水，见图4。

4 结论

通过小安隧道综合超前预报应用实例的分析，总结得出如下一下经验。

（1）隧道超前地质预报应充分熟悉掌握隧道地质及勘察情况，对预报段可能存在的地质问题提前预判，确定预报重点内容以及可能存在的地质异常的预报靶区。

（2）隧道超前地质预报应以地质为基础，地表地质调查及隧道内掌子面地质素描和超前钻探等相结合，对地质预报进行总体把握。

（3）各物探方法综合应用，对地质构造、岩性、含水性等各方面进行综合判识，并综合地质手段调查结果修正物探类预报的多解性，提高预报准确率。

此外超前地质预报与开挖情况对比形，不断总结，综合各预报方法的优势，互补不足，不断提高预报效果。

参考文献：

[1]赵勇，肖书安，刘志刚.TSP超前地质预报系统在隧道工程中的应用[J].铁道建筑技术，2003（5）：18-23.

[2]温树林，吴世林.TSP203在云南元磨高速公路隧道超前地质预报中的应用[J].地球物理学进展，2003，18（3）：465-471.

[3]杨英.碎裂玄武岩夹凝灰岩型隧道超前地质预报技术探讨.铁道工程学报，2011（8）：30-35.