超前地質(zhì)預(yù)報在隧道工程中的應(yīng)用

張璐瑩 趙梓涵

（云南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，云南 昆明 650051）

自21世紀(jì)以來，世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，發(fā)達(dá)國家和發(fā)展中國家都加快了各自的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。其中，許多國家已經(jīng)積極開發(fā)了困難，復(fù)雜和耗時的隧道工程。基于復(fù)雜地質(zhì)條件的高級地質(zhì)預(yù)測可以準(zhǔn)確預(yù)測某些突發(fā)的地質(zhì)風(fēng)險，并具有準(zhǔn)確的預(yù)測結(jié)果，為避免工程影響和成功完成隧道工程做出了重要貢獻(xiàn)。

一、TSP超前地質(zhì)預(yù)報技術(shù)及其應(yīng)用

隧道地震預(yù)測（TSP）指使用地震方法檢測隧道的地質(zhì)條件，是一種多波多分量高分辨率地震反射波檢測技術(shù)。該技術(shù)主要通過在隧道的左或右壁中布置一定數(shù)量的爆炸孔并刺激小波來產(chǎn)生地震波（彈性波）。某些信號（例如破碎的區(qū)域，缺陷或巖石的變化）會被反射，反射的信號會被布置在隧道左右壁上的兩個高靈敏度三分量加速地震傳感器（檢測器）接收并記錄。TSP系統(tǒng)利用異質(zhì)地質(zhì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的地震波的反射波特性來準(zhǔn)確預(yù)測隧道施工前數(shù)百米內(nèi)的地質(zhì)條件和巖石特性的變化。

TSP系統(tǒng)現(xiàn)已于1994年成功進(jìn)入國際隧道建設(shè)市場，成功地在瑞士，瑞典，意大利，法國，伊朗，日本，韓國等其他國家的公路，鐵路隧道和水路運(yùn)輸隧道中使用。已使用。煤礦隧道已進(jìn)行了數(shù)千次有效的地質(zhì)初步預(yù)測，得到了中國隧道工程技術(shù)人員的廣泛認(rèn)可，并成功應(yīng)用于國內(nèi)公路隧道，鐵路隧道，水路運(yùn)輸隧道和煤礦隧道。

二、瞬變電磁超前地質(zhì)預(yù)報技術(shù)及其應(yīng)用

瞬變電磁方法可以分為兩類，即接地的和不接地的，具體取決于磁場源。隧道正向預(yù)測使用不接地的環(huán)路，來自磁源的電流突然降至零，并在其周圍產(chǎn)生快速變化的磁場和電場。快速變化的磁場是在地面上形成渦流的激勵源，并以兩種方式傳播到地下介質(zhì)。第一種方法是使用光速的電磁波直接從空氣傳播到地球表面的各個點(diǎn)，并將一些能量傳遞到地面，這種基本磁場是不平坦的平面波，垂直于磁場傳播。是的。第二種方法是電磁能直接從場源位置傳播到地面，并且均勻的半空間中的受激電流隨時間逐漸散布，例如“煙圈”。

在工程中，瞬變電磁法的應(yīng)用主要集中在脂質(zhì)疾病的初步研究上，但是初步研究數(shù)據(jù)通常不夠準(zhǔn)確。在建造深長的隧道時，通常很難完全滿足初步的地質(zhì)調(diào)查，鉆探和地球物理數(shù)據(jù)的要求，從而可以在構(gòu)造過程中主動地對各種地質(zhì)疾病進(jìn)行地質(zhì)預(yù)測以及各種檢測方法，這很重要。

三、超前地質(zhì)預(yù)報技術(shù)在銅鑼山隧道工程中的應(yīng)用

銅鑼山屬于川東侵蝕構(gòu)造中平行山脊山谷的中低山丘陵。海拔為156m（長江），相對高度差為898m，一般海拔為500-700m，山體較厚，峽谷發(fā)達(dá)。樹木，灌木和經(jīng)濟(jì)林生長，植被范圍約為40-50%。在該通道的東西兩側(cè)，有石橋鋪～雙河場～石波場和大竹～漣水～石雪場的山丘，通常海拔在300～400m。該隧道位于銅鑼山背斜中段，在四川省臨水縣東南約5公里處，位于臨水縣元石鎮(zhèn)和城南鎮(zhèn)管轄。

滑坡發(fā)生在DL06合同區(qū)隧道左側(cè)的K35 + 760～K35 + 732段之間的30m之內(nèi)。車身結(jié)構(gòu)缺乏，縫隙發(fā)展，泥漿充填和圍巖穩(wěn)定。

銅鑼山隧道DL06合同段左側(cè)開挖里程達(dá)到K35 + 222，DL05合同段的左側(cè)開挖里程達(dá)到K34 + 085，右行達(dá)到Y(jié)K34 + IIO。斜坡喀斯特谷谷地段初步調(diào)查地質(zhì)資料表明，該段為純石灰?guī)r，發(fā)生了接縫斷裂，巖溶可以非常發(fā)育。為響應(yīng)巖溶水問題，瞬變電磁系統(tǒng)從1月8日開始對桐廬烏山隧道門口的兩個收縮段進(jìn)行預(yù)測，并完成了對600多米洞段的12個初步預(yù)測。每個預(yù)測的距離從30m到75m不等，預(yù)測距離的長度主要取決于檢測期間信號的干擾程度。

四、超前地質(zhì)預(yù)報技術(shù)未來發(fā)展

有許多預(yù)測隧道前向的方法和技術(shù)，結(jié)果復(fù)雜。對高級預(yù)測進(jìn)行綜合分析是一種高級思想，但是電磁波，地震波和瞬變等各種技術(shù)方法的基礎(chǔ)理論是對高級預(yù)測進(jìn)行綜合分析的起點(diǎn)。應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)對電磁場的研究，基礎(chǔ)理論的突破性進(jìn)展可導(dǎo)致先進(jìn)的預(yù)測技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展，否則只能在論文中討論預(yù)測精度的提高。

數(shù)據(jù)結(jié)果的綜合分析可以使用更多的數(shù)學(xué)模型，并且可以使用新的數(shù)學(xué)工具對各種復(fù)雜的地質(zhì)條件進(jìn)行非線性模擬預(yù)測。

隧道動態(tài)設(shè)計和施工的信息化和自動化是未來的必然趨勢，該系統(tǒng)還應(yīng)結(jié)合先進(jìn)的地質(zhì)預(yù)測綜合分析系統(tǒng)，首先要實(shí)現(xiàn)整個分析過程的自動化信息化，全面的超前預(yù)測您需要構(gòu)建系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫。基于對2D的準(zhǔn)確預(yù)測以及對隧道3D空間中各種高級預(yù)測方法的解釋和研究，將3D可視化3D預(yù)測和預(yù)測系統(tǒng)設(shè)置為在施工過程中以及手掌中的3個有缺陷的地質(zhì)體時自動發(fā)出警告。實(shí)現(xiàn)了尺寸可視化仿真，因此您可以更直觀地了解手掌正面的情況，并提出了構(gòu)建方法作為目標(biāo)。