超前地質預報技術在鐵路工程隧道施工中的應用

陳澤翼

摘 要：隨著經濟的發展和科學技術的進步，對于鐵路的建設也提出了新的要求。本文從超前地質預報技術出發，分析其意義和目前應用時候的問題，并列舉了一些目前較為常見的預報方法；同時根據實際工程分析超前地質預報技術的實際應用，旨在為相關工程人員提供參考意見。

關鍵詞：超前地質預報技術；鐵路隧道施工；技術應用

1 超前地質預報技術概況

1.1 超前地質預報技術的意義

超前地質預報是在隧道開挖的時候，對掌子面前方及其周邊（主要是鐵路隧道）的圍巖與地層情況做出超前預報。由于隧道掌子面的前方及其周邊地質條件的影響，使得隧道容易出現涌水、塌方等安全事故，會影響工程周期、工程設備的損壞等，造成經濟損失，嚴重的會導致工程出現質量問題甚至造成人員傷亡事件。隧道圍巖的地質情況比較復雜，在進行地質調查的時候，調查結果會受到勘探深度、地形限制、分辨率的影響，會出現一定幾率的結果不準確的現象?？碧浇Y果的準確性對施工工程的影響不容忽視，如果勘探結果無法準確的反應隧道的實際地質情況的話，勢必會對后期隧道施工的開展造成不良的影響[1]。

1.2 目前鐵路隧道地質預報存在的問題

在目前的鐵路隧道施工當中，地質預報工作采用的都是比較單一的地質預報方法，即預報隧道工作面的前方信息。但是這種單一的預報方法所能提供的有效信息非常的有限。尤其是在地質條件比較特殊的隧道施工中，其地質環境結構復雜，出現地質災害的概率比較大。因此受其高風險性的影響，這種單一的預報方式已經對隧道工程的安全性造成了很大的影響[2]。

2 超前地質預報技術常用方法

超前地質預報技術常用的方法比較多，分類也不盡相同，根據《客運專線鐵路隧道工程施工技術指南》的相關規定，對幾類工程中比較常見的方法及其應用范圍進行簡單的介紹，并對目前比較主流的地震波法超前預報技術進行重點分析。

2.1 機械鉆探

機械鉆探通過超前地質鉆桿在隧道的斷面若干處開展鉆探，然后根據鉆桿上的巖土構造和水文地質來判定前方圍巖的特性。該方法通常在隧道斷面的中上部、左側、右側取3個點（可以視實際情況多選幾個），對鉆探出的圍巖進行綜合對比分析，并在每兩米處記錄圍巖的狀況，超前鉆桿的長度多數以20m左右為主[3]。

2.2 電法

電法包括直流電法和高密度電阻法，直流電法能夠探測隧道的掌子面及側幫的含水構造情況；高密度電阻法能夠探測洞穴、巖溶、地質界線等。

2.3 電磁法

電磁法包括甚低頻法和地質雷達法，甚低頻法能夠探測隱伏斷層和破碎帶，探測巖體的接觸帶，也能探測含水構造以及地下暗河等；地質雷達法能夠探測隱伏斷層和破碎帶，對地下巖溶、洞穴、地層的劃分情況的探測效果也比較優越。

2.4 紅外探水

紅外探水能夠探測局部地溫是否存在異?，F象，也用于對地下脈狀流、脈狀的含水帶、隱伏含水體等結構所在位置的探測。

2.5 地震法超前預報

地震法是目前隧道中長期超前預報應用較為主流的方法，常涉及的包括TSP隧道地質超前預報、TST隧道地質超前預報、HSP隧道地質超前預報等。

2.5.1 TSP隧道地質超前預報

該方法利用了隧道圍巖排列方式能夠激發彈性波，而彈性波進行三維空間的傳播過程中，如果遇到聲阻抗的界面（即地質巖的變化界面、構造的破碎帶、巖溶發育帶、巖溶等），會出現彈性波的反射，布置于隧道圍巖上的接收裝置能夠檢測該信號，將其傳輸到儀器當中進行處理，既通過掌子面前方巖體所反射的波信息來進行預報。

2.5.2 TST隧道地質超前預報

該方法充分的利用了三維波場的復雜性，能夠實現方向濾波，即只保留掌子面前方的回波，能夠有效的避免目前方法當中出現的誤報率高、虛報的技術缺陷。該方法能夠準確的得出掌子面前方圍巖的波速分布情況，有效的避免了現有方法位置不準確的問題，為巖體的類別判定提供了數據基礎。

3 實際應用分析

3.1 工程概況

坪山隧道位于桂林市境內，隧道進口里程DK462+160，出口里程DK468+465，全長6305m，隧道出口端設平行導坑一座，長2500m。隧道進口端為弱風化灰巖，白云質灰巖夾白云巖，存在少量危巖落石，隧道左邊順層，巖溶地下水發育，DK464+250～DK464+450段和DK465+100～DK465+300段隧道洞身上部發育有溶蝕洼地。隧道中部處于可溶巖與非可溶巖的接觸帶，巖層破碎，上下巖性透水性差異，導致洞身范圍內極易形成巖溶地下水大量積聚，產生開挖堆囊狀突破。隧道出口端為砂巖、泥質砂巖夾灰巖，洞口位于強風化層中。

3.2 超前地質預報技術應用

3.2.1 TSP法

在隧道的左右邊墻設計了24個震源點，并用少量炸藥激發，在地震波受到巖石影響會反射，進入前方介質，被信號接收器接收。通過TSPwin處理軟件能夠分析出巖石密度、楊氏模量、泊松比、彈性模量等參數，通過該方法分析出在工程的某段圍巖出現整體破碎、溶蝕破碎帶等。

3.2.2 地質雷達法

地質雷達法預報距離30m，搭接5m，使用了瑞典的SLR-3000型雷達探測。圖1、2為某掌子面的測線1、測線2的探測圖。顯示掌子面前方8～10m，有較強反射信號，結合地質分析，推測為小型溶隙，掌子面前方13～15m，有物探異常信號，結合地質分析，推測為小型溶隙。

4 結束語

通過文章的闡述，對超前地質預報技術進行了簡單的介紹，包括其常見的問題和技術類型，并分析了其重要性，根據實際的工程分析了超前地質預報技術的應用，為工程人員提供相關參考意見，但是在實際的參考當中還需工程人員結合工程的實際情況來具體應用，不斷的摸索新的辦法，推動鐵路建設工程的發展和進步。

參考文獻

[1]許亞軍.綜合超前地質預報技術在林家屋基隧道施工中的應用[J].西部探礦工程，2016，（6）：191-193.

[2]廖煙開，戴建玲，吳智，等.超前地質預報技術在鐵路隧道動態信息化施工中的應用[J].現代隧道技術，2015，（1）：197-202.

[3]王國豐.超前地質預報技術在軟巖隧道施工中的應用[D].西南交通大學，2014.

（作者單位：中鐵二十三局集團第四工程有限公司）