公路隧道超前地质预报应用技术研究

李学华　康创　张春喜

【摘 要】为对TSP地震波反射法进行研究，以便进一步指导隧道超前地质预报的准确实施，本文首先对现有超前地质预报方法的优缺点进行了概括总结，接着采用TSP法对云南某隧道出口ZK34+089～ZK33+980段进行了超前地质预报。对于指导地质情况类似的隧道掌子面施工具有重大意义。

【关键词】超前地质预报;隧道;TSP;掌子面

中图分类号： U452.11文献标识码： A文章编号： 2095-2457（2019）21-0006-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.21.002

0 引言

近年来，我国公路建设又迎来了一次建设高潮，尤其是高速公路的建设[1]。在我国西南省份公路建设的一大难题就是公路隧道，在一些地形条件和地质构造复杂的地区，不良地质体、断层带、地下水丰富等又增加了隧道的施工难度[2]。在进行隧道施工时若没有及时的对掌子面前方进行不良地质体预报，很容易就会出现坍塌、突水突泥等灾害。相关研究表明，准确的超前地质预报对于指导隧道的安全施工具有举足轻重的作用[3]。国内外隧道施工过程时，掌子面的超前地质预报都被化为一个十分重要的环节，可见超前地质预报对于指导隧道掌子面施工具有重大意义[4]。

TSP法超前预报是上世纪90年代瑞士安伯格公司研发的隧道地震预报系统，近年来逐步得到推广应用。对TSP超前预报的研究不仅可以提高实际应用的精确性，也可更加贴合实际的指导施工，避免不必要的生产事故发生，同时可以增加相同围岩状态下掌子面的施工经验[5-7]。本文为对隧道超前地质预报进行研究，对现有超前地质方法进行了概括总结，同时采用TSP法对云南某隧道出口ZK34+089～ZK33+980段进行了超前地质预报，为隧道施工支护提供了科学的技术依据，同时大大降低了隧道施工的风险，对于指导同类隧道施工具有重大意义。本文仅采用了地质雷达法进行了地质预报，在实际施工过程中，为更加准确的预报地质信息，还应结合现场其他勘测信息。

1 超前地质预报概述

1.1 超前地质预报主要内容

隧道超前地质预报主要是预测隧道掌子面前方围岩的地质状况、不良地质体的方位、围岩性状、水文状况等信息，并以此来判断隧道围岩级别，为隧道施工支护提供技术依据、防止可能出现的工程险情、确保合理的施工措施，指导隧道安全施工，降低施工过程中遇到的风险，力求隧道施工更加科学合理，降低风险的同时以便更好的服务隧道施工[8]。

1.2 超前地质预报主要方法

我国隧道超前地质预报目前主要采用地质调查法、地震波反射法（TSP）、红外探测、超前地质钻探、电磁波反射法（地质雷达）、加深炮孔探测、陆地声纳法七种方法[9-11]。本文从其主要内容、优缺点、适用范围进行了概括总结，以便更好的指导隧道施工，详见上表1。

由上表1可以看出，可依据隧道的不同围岩特性，选择适合超前预报措施，以便可以更好的指导隧道施工。本文结合云南省某某隧道的围岩性质，拟采用TSP地震波反射法对其进行超前预报，以便更好的指导现场施工。

2 工程应用

该隧道为分离式隧道，左幅起止桩号为ZK24+915～ZK34+785，左幅长9870m。出口左幅ZK34+089～ZK33+980段设计围岩等级为Ⅳ级，该段围岩节理裂隙较发育，岩体较完整且稳定性较好。拟采用TSP法对该段围岩进行超前地质预报，以便指导隧道掌子面施工。

2.1 现场检测及分析

现场采用为AmbergMeasuringTechnique公司生产的TSP203型地质超前预报仪，现场掌子面桩号为ZK34+089，在ZK34+145左右两侧边墙上分别布置接收器2、1，距第1炮点14.7m;在ZK34+130.3～ZK34+097线路右侧边墙上布置24 炮孔，炮孔间距1.0m～3.0m，孔深为1.3m左右，S24距离掌子面8m左右，炮点布置详见图1。

现场掌子面采用两台阶开挖，掌子面稳定性较好，需及时支护。开挖掌子面潮湿，揭露围岩为灰白色英安岩， 岩性为坚硬岩，弱风化，富水性较弱，围岩整体完整性较好，以构造型节理或层面为主，多呈块状，结合面中等发育，结合面好，整体稳定性稍好，掌子面照片见图2。

2.2 检测结果及分析

检测过程中，实际激发并采集地震数据24炮，但只有23炮有效。利用TSPwin软件对所采集的数据进行处理，得到P 波、SH 波、SV 波的时间剖面、深度偏移剖面和反射层提取以及岩体物理及力学参数等成果（图3～图5）。

利用TSPwin软件通过反演数值计算得出的围岩参数如表2所示。

通过图3～图5以及表2可以得出隧道掌子面ZK34+089～ZK33+980段的围岩状况：ZK34+089～ZK34+044段围岩纵波波速、横波波速、泊松比值较为稳定，动态杨氏模量等物性参数稍微降低;强反射界面及绕射异常密集。该段围岩与已开挖段近似，预测出露岩性应为英安岩，中厚层状，地层单斜。ZK34+044～ZK34+010段纵横波波速降低，泊松比值降低、动态杨氏模量等物性参数值降低。该段围岩物性较上一段稍有变好的趋势，预测出露岩性仍为英安岩，中风化，中厚层状为主，地层单斜，继续存在顺层偏压问题，节理较发育，岩体较破碎，局部可能有褶曲和小型断层等次生构造发育。ZK34+010～ZK33+980段纵波波速上升、横波波速变化不大，泊松比值上升，动态杨氏模量等物性参数略微降低;強反射界面及绕射异常不密集。该段围岩较已开挖段好，预测出露岩性应为英安岩，巨块状，地层单斜。

依据现行设计规范要求，可以预测ZK34+089～ZK34+980段围岩状况：节理裂隙较发育，岩体较完整，呈块状结构，围岩整体稳定性较好，结构面不发育，地下水不丰富，可以按照Ⅳ级围岩施工。

3 小结

本文对现有超前地质预报常用方法进行了概括总结，并采用TSP法进行了实际工程应用，可以发现TSP法可以较为准确的预报前方掌子面的围岩状况，对于指导围岩情况较为复杂的隧道具有重要意义。目前我国超前地质预报还处于探索阶段，相应技术仍待完善。

【参考文献】

[1]荣耀，孙斌，孙洋.超前地质预报在隧道围岩动态分级预测中的应用[J].重庆交通大学学报（自然科学版），2017，36（6）：18-23.

[2]刘阳飞.超特长隧道综合超前地质预报工法研究与应用[D].成都理工大学，2016.

[3]张聪.复杂地质情况下超前地质预报技术研究[D].石家庄铁道大学，2015.

[4]周建春，李卫民，魏琴，等.复杂环境大断面隧道施工超前地质预报技术与工程应用[J].中外公路，2016（4）：238-241.

[5]朱自强，郭有军，刘涛影.地质雷达超前地质预报正演模拟及应用研究[J].铁道科学与工程学报，2018（1）：148-155.

[6]刘新荣，刘永权，杨忠平，等.基于地质雷达的隧道综合超前预报技术[J].岩土工程学报，2015，37（s2）：51-56.

[7]周轮，李术才，许振浩，等.隧道综合超前地质预报技术及其工程应用[J].山东大学学报：工学版，2017，47（2）：55-62.

[8]罗浚，徐剑波，陈建平.隧道综合超前地质预报技术应用研究[J].铁道科学与工程学报，2017，14（4）：811-818.

[9]许涛.综合超前地质预报在蒙华铁路隧道中的应用研究[D].兰州交通大学，2017.

[10]雒成贤.GPR地质雷达法与TSP法在隧道超前地质预报中的运用[J].中国高新区，2018（12）：42.

[11]袁宗征.地质雷达在岩溶隧道超前地质预报中的应用[J].勘察科学技术， 2018（2）：58-61.