地下隧洞施工超前地质预报方法分析与总结

摘要： 介绍了超前地质预报的方法、分类和国内外发展现状，通过分析各方法优缺点，总结出隧洞施工综合超前地质预报方法体系。

关键词：复杂地质条件；超前地质预报；地质雷达；TSP法

Abstract: Introduce the methods of the advanced geological prediction and classification , by analyzing the advantages and disadvantages of each method, summarize the comprehensive advance geological forecast in tunnel construction system method

Key words: Complex Geological Conditions, Advanced Geological Prediction, Geological Radar, Tunnel Seistoic Prediction method

中图分类号：TU7 文献标识码：A

一、超前地质预报

（一）超前地质预报的概念

超前地质预报是根据地面地质调查、掌子面地质调查以及地球物理探测等方法对隧洞建设中可能遇到的各种不良地质体及可能发生的各类施工地质灾害进行预测预报。广义而言，隧道(洞)超前地质预报包含勘察设计阶段和施工阶段的预报；狭义上讲，隧洞超前地质预报是在施工阶段的超前地质预报。

（二）国内外超前地质预报发展现状

1972年8月，在美国芝加哥召开了快速掘进与隧道工程会议。从那时起，隧道(洞)施工超前地质预报一直倍受各国广泛重视。随着隧道(洞)建设快速发展，对地质预报的要求也就越来越全面和详细，已经从单纯地质条件的预报发展到地质体成灾程度预报，不同地质体处理措施预报等。

1、国外超前地质预报发展情况

准确预报施工前方地质条件是隧道(洞)建设的迫切要求。八十年代开始，发达国家都将这类问题列为重点研究课题。日本重点研究开挖前方地质预报；澳大利亚研究隧道(洞)施工前方地层状况预报；德国研究掌子面附近地层动态的详细调查；法国则把不降低掘进速度的勘探方法作为重点研究课题。随着全世界通信、电子、计算机、数据处理等技术的飞速发展，超前地质预报的方法发展出不同于传统的地质分析方法的多种地球物理探测方法。包括TSP地震波发射法、地质雷达法、红外探测法、瞬变电磁法、BEAM法等方法。

2、国外超前地质预报发展情况

从总体上来说，我国隧洞超前地质预报工作还十分薄弱。上个世纪，与国外同行相比，我们既缺乏专职施工地质队伍，又不重视具体施工地质工作，当然就谈不上超前地质预报工作。

20世纪50年代中期，铁二院首先在渝黔线凉风垭隧洞中以地质测绘为主要手段，采用地质分析法预报隧洞前方10~30 m的地质情况；70年代，谷德振教授开始采用地质分析法研究断层预测预报技术；80年代中期，工程人员在衡广复线大瑶山隧道(洞)开展了地质法和声波透射法地质超前预报技术；1985年，孙广忠等以地质情况为基础，隧道(洞)地质素描(短距离超前地质预报)为主要手段的方法，配合超前钻速仪、钻孔声波测试，钻孔潜望镜，压水试验等方法，取得了很大的成功。1996年~1998年，铁道部第一勘测设计院在秦岭特长隧道(洞)开展了施工地质综合测试工作及超前预报工作，为全面隧道(洞)施工地质工作奠定了基础。同时，跟随世界其他国家的潮流和趋势，地球物理探测方法，如TSP法、地质雷达法、瞬变电流法、BEAM法都取得了应用和实践，也取得了非常不错的效果。

二、超前地质预报的分类

超前地质预报分类方法较多，常见的有按照预报方法手段、预报空间位置、预报距离进行分类。我们按照最常用的预报距离和预报方法的工作原理进行分类。

（一）依据探测预报距离分类

依据预测预报的距离，可将预测预报方法划分为：长距离超前地质预报和短距离超前地质预报两类。

1、长距离超前地质预报的距离一般可达工作面前方150~300米，甚至更远。主要包括地质调查、TSP探测等。它的任务主要是较准确的查明掌子面工作前方150~300米范围内规模较大，严重影响隧道(洞)施工、易造成塌方的不良地质体的位置、性质、规模和含水性。

2、短距离超前地质预报，也叫追踪预报，预报距离一般在15~30米左右。主要包括掌子面地质素描、瞬变电磁法、地质雷达法、超前钻探法等。它的任务是依据隧道(洞)掌子面或导洞掌子面的地质特征，通过观察、量测、鉴别和分析，结合长期超前预报成果，推断工作面前方15~30米范围可能出现的地层、岩性变化情况，推断掌子面各种不良地质体向掌子面前方延伸的情况。

（二）依据其预测预报方法的工作原理分类

依据探测预报方法工作原理，可将超前地质预报分成地球物理法（也叫物探方法），地质分析法，超前水平钻探以及超前导坑法三大类。

1、地球物理法（物探法）主要包括TSP隧道(洞)地震波探测超前地质预报方法、地质雷达探测（电磁波反射）法、红外探水超前地质预报方法、负式速度法、声波CT技术预报、陆地声纳法、高密度电阻率法等物探法、BEAM法等。

2、地质分析法主要包含地表地质调查、地质素描法、地质作图预测法、地下地质构造、地表地质构造相关性分析法等

3、超前水平钻探法和超前导坑法等包含超前深孔钻探（30~100m）、超前浅孔钻探法（5~6m）和超前导坑法

（三） 各种超前预报方法的适用范围和优缺点

各种超前地质预报方法都不可避免的存在局限性，有其优缺点和适用范围，我们总结如下表1-1所示：

表1-1 各种超前方法的适用范围和优缺点对比表

三、隧道(洞)超前地质预报综合分析方法

正因为超前地质预报方法都存在一定局限性，如何提高预报的准确性和及时性就成为国内外隧道(洞)工程地质界需要解决的技术难题，非常有必要提出一种综合预报体系。在隧道(洞)不良地质预报方法和隧道(洞)施工地质灾害预测方法研究的基础上，通过进一步对隧道(洞)超前地质综合预报方法进行研究，建立以地质分析为核心的综合预报体系。

隧道(洞)超前地质综合预报工作体系是在“以地质分析为核心，综合物探分析，洞内外结合、长短预测结合，物性参数互补”原则下做出的，如下图1-1所示

图1-1 隧道(洞)超前地质综合预报体系

四、总结

地质预报是一个连续的、渐进的、系统的工作，目前已基本形成的针对某一隧道(洞)的地质情况制定预报方案-选择预报方法-实施-验证-调整的使用过程。这也是因为对地质情况的认识也是一个随着工程的进展、时间的推移、信息的不断输入而不断地深入的过程。

在施工过程中需要不断收集地质信息，通过和预测结果进行对比、分析，找出对地质情况认识的不足，修正我们的认识，并改进预报方案。

在预报方式上应采取多种手段联合应用的综合超前地质预报，充分发挥各自方法的优势，取长补短，优势互补，互相验证。预报实施方案要尽量科学合理，做到尽量不干扰施工。任何预报方式只能作为一种手段和参考依据，其结论不可能100%准确，施工中不能完全依赖于预报结论而盲目施工。

参考文献:

[1] 孟陆波.隧道超前地质预报技术与计算机辅助预报系统研究.成都理工大学博士论文,2009.6

[2] 张存亮.隧道超前地质预报方法及应用研究 西安科技大学硕士论文 2011.6

[3] 温佐彪，张辉.综合超前地质预报技术体系的构建与实践. 公路工程 2011.4

[4] 何发亮，李苍松.隧道施工期地质超前预报技术发展.现代隧道技术 2000.5

[5] 叶英. 岩溶隧道施工超前地质预报方法研究.北京交通大学学报 2006