浅谈城市地铁浅埋暗挖隧道工程中超前地质预报的分级和TSP203系统的应用

摘要：随着国家经济发展的形势和城市地铁项目的大量审批开建，因地区城市建设环境、地形地质、周边因素的不同，造成的地铁项目设计和施工的多样性、复杂性、唯一性，带动了地铁工程技术的快速发展。本文对城市地铁工程中风险较大的浅埋暗挖法隧道施工中，较易忽略的一个环节—超前地质预报工作进行初步分级，并浅述了TSP203系统的应用技术，以此能为地铁隧道工程安全控制提供的一些参考。

关键词：城市地铁浅埋暗挖超前地质预报TSP203系统

中图分类号：F291.1 文献标识码：A 文章编号：

1 超前地质预报的分级

1.1 工艺流程

综合超前地质预报工艺流程见图。

综合超前地质预报工艺流程图

1.2地质预报的方式和分级标准

应研究既有本工程区域地质、工程地质资料，必要时到地表补充测绘，以达到对整个地区地质情况有一个比较全面和深刻的认识，可溶岩分布情况、构造发育情况、地表水系发育情况、当地最低侵蚀基准面标高、岩溶大概发育几层、每层大概标高、哪一层对工程影响最大等。通过对这些资料的分析和把握，制定预报预案，针对不同地段的地质情况进行地质预报重要性分级，不同级别的地段采取不同的预报手段，以达到既预报准确又节省有限预报资源的目的。

根据地质灾害对隧道施工安全的危害程度，分为以下四级：

A级：存在重大地质灾害隐患的地段，如大型暗河系统，可溶岩与非可溶岩接触带，软弱、破碎、富水、导水性良好的地层和大型断层破碎带，特殊地质地段，重大物探异常地段，可能产生大型、特大型突水突泥地段，诱发重大环境地质灾害的地段以及高地应力、瓦斯、天然气问题严重的地段以及人为坑洞等。

B级：中、小型突水突泥地段，较大物探异常地段，断裂带等。

C级：水文地质条件较好的碳酸盐岩及碎屑岩地段、小型断层破碎带，发生突水突泥的可能性较小。

D级：非可溶岩地段，发生突水突泥的可能性极小。

1.3地质预报的应用方法和分级类型

1.3.1超前地质预报方法

隧道施工超前地质预报以地质分析（地质调查、地质素描、几何作图、块体坐标作图、赤平投影作图）、TSP长距离探测、红外探水、地质雷达超前探测手段贯通为主；褶皱核部及其它地质异常地段，采用超前地质钻孔验证；泥灰岩地段，根据开挖揭示岩溶发育程度，必要时采用地质雷达检底。具体方法见下表。

隧道施工超前地质预报方法

序号 预报方法 技术要求

1 周边地质调查 隧道中线两侧各500～1000m

2 地质素描 全隧道

3 TSP 每80m左右一次

4 红外探水 全隧道

5 地质雷达超前探测 全隧道

6 超前地质钻孔 每25m布3孔，每孔30m长

7 地质雷达检底 视需要

根据不同的地质灾害分级，针对不同类型的地质问题，选择不同的方法和手段开展超前地质预报。

1.3.2 分级预报类型

A级预报：采用地质分析法、TSP隧道地震波反射法、地质雷达、红外探测、超前水平钻探等手段进行综合预报。首先以地质分析法进行长距离预测预报，然后采用中长距离TSP和一种或几种短距离物探方法相结合进行预报，同时进行多孔超前钻探探查。

B级预报：采用地质分析法、TSP，辅以红外探测、地质雷达，进行必要的超前水平钻孔。当发现局部地段工程地质条件较复杂时，按A级要求实施。

C级预报：以地质分析法为主。对重要的地质（层）界面、断层或物探异常地段可采用TSP进行探测，必要时采用红外探测和超前水平钻孔。

D级预报：采用地质分析法。

在岩溶发育的灰岩地区，由于岩溶发育的复杂性，应采用A级预报方式。

1.4 主要预报方式应用手段

1.4.1 长距离预报

长距离预报主要采用地质分析法，根据地面测绘和其它基础资料对隧道通过区的地质界线、地层岩性、地质构造、围岩级别、储水构造、富水规模、岩溶发育规律及特征、其它不良地质及特殊地质发育情况进行长距离、宏观预测预报，预报距离一般在掌子面前方200m以上，并根据揭示的情况进行不断的修正。

地质分析法，包括地质素描法、地层分界线及构造线地下和地表相关性分析法、地质作图法等。

1.4.2 中长距离预报

中长距离预报是在长距离预报的基础上采用TSP、深孔水平钻探等对掌子面前方30～200m范围内的地质情况作进一步的预报，如溶洞、暗河的位置、规模、充填情况等作较为详细的预报。在复杂地段应增加TSP预报次数，TSP每次预报有效长度100m左右，需连续预报时前后两次应重叠10m以上，以便前后两次重复地段对比分析，另随着预报距离的增大，地质异常带的位置和宽度误差也在增大。

1.4.3短距离预报

短距离预报是在中长距离预报的基础上采用掌子面素描、红外探测、地质雷达和超前钻孔等方法进行预报，比如掌子面前方30m范围内有无水、在哪个方位有水、掌子面处地层岩性、地质构造及岩溶发育情况等，对以上判断可能有突泥、突水和其它有害地质情况的地段进行钻孔验证。

1.4.4 地质调查和综合判析

（1）目的

核对勘测资料，掌握隧道所在地区的地层岩性、地质构造、不良地质及水文地质情况，为隧道超前地质预报提供方向性的依据。

（2）范围

根据勘察设计单位提供的隧道工程地质图，调查范围主要为隧道进出口及隧道中线两侧各500～1000m的范围。

（3）调查内容

①地层岩性

主要调查地层的地质时代、岩层厚度、层间结合程度、岩层产状、岩性、岩石硬度、风化程度等。

②地质构造

主要调查断层、破碎带及节理裂隙特征。断层的产状、性质、破碎带宽度、破碎带的成分、破碎带的含水情况以及与隧道的关系。节理裂隙的组数、产状、间距、充填物质、延伸长度、张开度及节理面的起伏情况，节理裂隙的组合状况。

③不良地质

主要调查隧址内滑坡的性质、规模、以及对隧道的影响。采空区的分布、规模及巷道充填情况。

④地下水的特征

调查隧道范围内的泉水、井水、水塘、水库、沟水、河水及其水量、水文、水质的变化。

（4）综合判析

根据多种地质预报的内容和地质情况调查的结果，组织专业技术人员和相关勘察、设计人员，进行地质情况的分析、汇总和总结，判断工程不良地质条件和风险程度，以此制定出相应设计和施工应对方案和措施，以保证工程安全性。

2 TSP203超前地质预报系统的应用

TSP203超前地质预报系统是专门为隧道和地下工程超前地质预报研发的目前世界上在这个领域最先进的设备。它能方便快捷地预报掌子面前方较长范围内的地质情况，它弥补了传统地质预报方法只能定性不能定量预报的缺陷，为更准确进行超前地质预报提供了一种强有力的科学方法和工具。它不仅可以及时地预测预报隧道前方工程地质条件，为隧道施工工艺制定提供依据，从而加快施工进度，而且可以减少隧道施工中突发性地质灾害发生的危险性，为隧道施工提供安全保障。

TSP203每次可探测100～200m，为提高预报准确度和精度，采取重叠式预报，每开挖100m～150m预报一次，重叠部分(不小于20m)对比分析，每次探测结果与开挖揭示情况对比分析。