綜合超前地質預報在小安隧道施工中應用的思考

劉康

摘 要：因前期勘察受成本、技術、工期等因素制約，隧道施工超前地質預報已然成為隧道施工中避免和減少地質災害風險的必要手段。本文以小安隧道施工超前地質預報的實例，對綜合超前預報技術的應用開展了思考，總結綜合超前地質預報各方法相互印證，互補不足，提高預報準確率。

關鍵詞：綜合；超前預報；隧道

超前地質預報作為隧道施工重要的一個工序，在鐵路、公路隧道及水電工程引水洞中已廣泛應用，[1-2]對降低隧道施工風險，優化隧道設計起到關鍵的作用。目前鐵路隧道超前地質預報主要結合勘察階段地表地質調繪、大地電磁勘探等，施工階段采用、地質調查法、超前鉆探法、超前導坑、地震波反射波法、地質雷達法、瞬變電磁法、紅外探水法等方法，以地表勘察結合隧道內預報的方式進行預報。[3]本文以小安隧道超前地質預報為例對綜合超前地質預報的應用進行了思考。

1 工程地質概況

小安隧道全長13.5km，最大埋深800m，屬構造侵蝕低中山峽谷地貌，地形起伏大。下伏泥巖、頁巖、灰巖夾泥灰巖、灰巖、白云質灰巖夾炭質灰巖、煤層等。隧區屬于揚子準地臺西北邊緣地帶，處于龍門山褶皺帶和大巴山褶皺帶的交接地帶，褶皺、斷層等構造較發育。地下水以巖溶水、基巖裂隙水等為主，地下水位線與線路標高接近，隧道掘進過程中順層、軟巖大埋深段塌方風險大，灰巖構造帶及可溶巖非可溶巖接觸帶發生涌水突泥風險大。

2 綜合超前地質預報方法

本隧道超前地質預報主要基于前期地表調繪及地面大地電磁勘探了解隧道各預報段巖性及構造大致分部，圈定重點預報段落及內容，采用地質調查法、地震波反射法和地質雷達法進行隧道內綜合超前地質預報。

2.1 大地電磁法

大地電磁法勘探是利用不同頻率電磁波趨膚深度差異原理，隨電磁波頻率減小趨膚深度增大，利用地球與太陽風互相作用以及雷電產生的不同頻率天然交變電磁場達到探測不同深度地層電性特征的目的。

2.2 地質調查法

通過了解隧區內地質構造及地層發育分布規律，進行掌子面地質素描推測開挖前方巖性規律以及不良地質分布規律。

2.3 地震反射波法

采用人工激發地震波，地震波傳播過程中遇到地層中波阻抗差異面發生反射，由信號接收裝置接收反射信號。將反射波信號處理得到預報前方巖體物性參數，從而對掌子面掘進前方巖性類別、構造、含水特征等進行預測。

2.4 地質雷達法

地質雷達法利用電磁波在介質中傳播遇地址異常體及介質分界面，發生反射并由雷達天線接收，電磁波反射強度、時間、波形等因介質電性特性差異而異，從而確定預報前方地質特性及空間分布。

3 綜合超前地質預報實例

3.1 大地電磁勘探

從大地電磁勘探資料可以看出，在洞身范圍內存在較明顯的大地電磁低Ⅴ類阻異常，且洞身范圍內為灰巖夾頁巖地層。灰巖與頁巖接觸帶存在巖溶發育條件，因此大地電磁勘探資料顯示低阻異常可確定為巖溶預報的靶區，見圖1。

3.2 掌子面地質調查

掌子面開挖揭示為二疊系上統（P1）灰巖夾頁巖，青灰色，弱風化，巖層產狀N55°E/41°NW（16°），節理較發育，夾泥。巖溶弱～中等發育。開挖掌子面溶蝕裂隙較發育，夾泥現象頻現，巖性以灰巖為主，薄層狀頁巖，推測為巖溶強烈發育的前兆，因此在物探預報中作為巖溶預報重點段落進行預報。

3.3 地震反射波法預報

地震反射波法預報結果中，縱波、橫波速度明顯降低，且泊松比大幅上升，推測圍巖完整性差，含水，且該預報段以灰巖夾頁巖為主，地質條件滿足巖溶發育條件，故推測巖溶強烈發育，充填水或泥，施工開挖過程中應加強施做超前水平鉆探及加深炮孔進一步探測物探異常，見圖2。

3.4 地質雷達法預報

在掌子面離地面1.5米高處布置一條地質雷達測線，從掌子面左側向右側探測。地質雷達探測結果顯示，探測區內地質雷達反射波振幅變化明顯，呈強能量反射團，推測溶洞發育，充填淤泥或水，見圖3。

預報段開挖揭示溶洞發育，充水，見圖4。

4 結論

通過小安隧道綜合超前預報應用實例的分析，總結得出如下一下經驗。

（1）隧道超前地質預報應充分熟悉掌握隧道地質及勘察情況，對預報段可能存在的地質問題提前預判，確定預報重點內容以及可能存在的地質異常的預報靶區。

（2）隧道超前地質預報應以地質為基礎，地表地質調查及隧道內掌子面地質素描和超前鉆探等相結合，對地質預報進行總體把握。

（3）各物探方法綜合應用，對地質構造、巖性、含水性等各方面進行綜合判識，并綜合地質手段調查結果修正物探類預報的多解性，提高預報準確率。

此外超前地質預報與開挖情況對比形，不斷總結，綜合各預報方法的優勢，互補不足，不斷提高預報效果。

參考文獻：

[1]趙勇，肖書安，劉志剛.TSP超前地質預報系統在隧道工程中的應用[J].鐵道建筑技術，2003（5）：18-23.

[2]溫樹林，吳世林.TSP203在云南元磨高速公路隧道超前地質預報中的應用[J].地球物理學進展，2003，18（3）：465-471.

[3]楊英.碎裂玄武巖夾凝灰巖型隧道超前地質預報技術探討.鐵道工程學報，2011（8）：30-35.