隧道超前地质预报方法

隧道超前地质预报方法

隧道工程作为地下交通建设的重要组成部分，其地质预报工作对于确保施工安全、提高施工效率、降低工程风险具有重要意义。隧道超前地质预报旨在通过探测隧道开挖面前方的地质情况，掌握前方的岩土体结构、性质、状态，以及地下水、瓦斯等的赋存情况、地应力情况等地质信息，为进一步的施工提供指导，避免施工及运营过程中发生地质灾害，保证隧道工程的安全和顺利进行。

随着隧道超前地质预报技术的发展，传统的钻爆法施工隧道超前地质预报技术日益成熟，形成了以地震波法、电阻率法、瞬变电磁法、地质雷达法为代表的多种预报方法，以及多方法联合的综合预报技术体系，在致灾构造和致灾水体探测等方面取得了较好的应用效果。

1. 地质调查法

地质调查法是根据隧道已有的勘察资料、地表补充地质调查资料和隧道内地质素描，通过地层层序对比、地层分界线及构造线地下和地表相关性分析、断层要素与隧道几何参数的相关性分析、临近隧道内不良地质体的前兆分析，利用常规地质理论、地质作图和趋势分析等，推测开挖工作面前方可能揭示的地质情况的一种超前地质预报方法。其不占用开挖工作面施工时间，不干扰施工，不仅可以作为地质预报手段，而且可以补充和完善隧道设计地质资料，也便于施工与设计资料的对比，具有综合和指导其他方法的作用。

图2 地质调查表

2. 超前地质钻探

超前地质钻探是利用钻机在隧道开挖工作面进行钻探获取地质信息的一种超前地质预报方法，分为超前地质钻探法和加深炮孔探测法。超前地质钻探适用于各种地质条件下隧道的超前地质预报，在富水软弱断层破碎带、富水岩溶发育区、煤层瓦斯发育区、重大物探异常区等地质条件复杂地段必须采用。其能够比较直观地探明钻孔所经过的地层岩性、岩体完整程度、岩溶及地下水发育情况等，对层面等构造一般不会漏报，但对溶洞的判别可能会存在局限性。

图3 超前地质钻探

3. 超前导坑预报法

超前导坑预报法是将超前导坑中揭示的地质情况，通过地质理论和作图法预报正洞地质条件的方法。线间距较小的隧道可互为平行导坑，以先行开挖的隧道预报后开挖的隧道地质条件。其平行导坑超前的距离越长，预报也越早，施工中就有充分的准备时间。超前导坑预报可以增加工作面，加快施工进度，还可以起到排水减压作用，改善通风条件和探明地质构造条件。

图4 超前导坑预报

4. 工程物探法

物探法是基于不同岩层介质在密度、弹性、导电性、磁性、放射性以及导热性等方面的差异，通过量测这些物理场的分布和变化特征，结合已知地质资料进行分析研究，达到推断地质性状的目的，是一种间接的勘探方法。物探法对施工影响不大，不会破坏地质。正是由于这些特点，该方法的通用性得到了迅速地提高。地球物理勘探方法众多，目前探地雷达法、地震波反射层析成像技术最为常用。

（1）探地雷达法（Ground Penetrating Radar，GPR）

GPR是利用天线发射和接收高频电磁波来探测介质内部物质特性和分布规律，多用于探测隧道前方的小范围地质体，如孤石、空洞等。其具有分辨率高、探测速度快等优点，但受地质条件影响较大。

图5 探地雷达检测

（2）地震波反射层析成像技术（True Reflection Tomography，TRT）

TRT是利用地震波经震源点激发，在地质体中传播遇到波阻抗差异界面时，一部分信号会被反射回来，一部分信号会透射进入前方介质，反射回来的地震波信号被高灵敏信号传感器接收并用于后期软件分析和计算，进而对前方不良地质体进行分析判断。TRT适用于探测隧道前方的大范围地质体，如地层、断层等。其具有非侵入性、高效率等优点，能够在短时间内获取大量地质信息。

图6 TRT测试结果