隧道地质超前预报的方法（综合超前地质预报技术在岩溶隧道施工中的应用）

隧道地质超前预报的方法（综合超前地质预报技术在岩溶隧道施工中的应用）　　综合超前地质预报体系本身包含多项技术，同时各个技术也具有相应的特点。因此，在具体使用这项技术体系时，如果能够灵活发挥多个技术的战略价值，最终形成组合技术体系，也具有较强的应用意义。结合综合超前地质预报体系的相关内容，这里则提出“地质调查法 TSP TEM 超前钻探”的组合技术模式。在技术理论与原理方面，主要是使用地质调查法来获取岩溶地区的基本地质信息，对于区域地质情况有较好的掌握。接下来则可以使用 TSP 进行长远距离的辅助探测，并使用 TEM 技术针对重点区域进行详细探测，最终通过超前钻探活动来验证预报结果的精准性与可靠性。这套技术实现了多个技术的互补，提高了地质预报的精准性，可以实现地质预报的定量分析。　　2.2 组合技术的应用　　2.1 单一技术的应用　　综合超前地质预报包含的技术有很多，这里也针对地质雷达法的单一技术应用进行分析。我国向家包二号隧道工程项目处于岩溶地区，存在

　　1. 综合超前地质预报在岩溶隧道施工中的应用意义

　　在当前我国岩溶地区的隧道施工体系中，综合超前地质预报技术具有较为显著的战略应用意义。一方面，这项技术的使用能够结合岩溶地区的实际情况，灵活使用最合适的勘察探索技术，掌握岩溶地区的地质情况，明确区域内不良地质环境的具体位置，给后续施工活动提供较好的数据支撑，保证施工活动可以规范进行，避免出现各类安全隐患和质量问题。另一方面，这项技术的广泛应用也能够显著提高施工安全。这主要是因为超前地质预报能够在施工活动开始之前，进行岩溶隧道区域的地质探测，提前感知区域内的不良地质问题，充分保证施工安全性。特别是在使用了超前地质预报技术以后，施工团队就可以提前感知可能存在的安全隐患，并做好相应的安全防范工作。

　　2. 综合超前地质预报在岩溶隧道施工中的应用实例

　　为明确综合超前地质预报技术的具体应用，这里也分析了单一技术和组合技术在实际工程项目中的应用，探索这项技术的应用细节内容，有利于提高我国岩溶地区隧道施工的整体技术水平。

　　2.1 单一技术的应用

　　综合超前地质预报包含的技术有很多，这里也针对地质雷达法的单一技术应用进行分析。我国向家包二号隧道工程项目处于岩溶地区，存在大型溶洞、落水洞等不良地质情况。为了明确这些不良地质的具体分布现状，隧道工程也使用了地质雷达法进行地质勘察。在使用这项技术的时候，工程施工方使用了美国 SIR-20 雷达主机，同时还配置了 100MHz的天线，可以进行多次预报，同时在后续施工过程中也可以结合实际施工现状进行预测性对比，避免出现一些不必要的失误。在本次地质预报过程中，雷达天线在岩溶管道、溶洞、暗河等区域产生了非常强烈的反射信号，可以精准识别岩溶隧道中的水分。但在使用这项技术的时候，还需要注意检测范围的问题。在本次工程项目中，地质雷达法只能检测 20m左右的岩溶隧道，并给出比较详细的地质预报信息。在一些围岩破碎的特殊区域，地质雷达法只能预报 15m 左右的地质信息。本次使用地质雷达法的具体原理如 图 1 所 示。在使用这项技术以后，可以在隧道的上方与下方区域产生反射地震波。由于岩层中岩性变化突出区域的介质密度和传播弹性波速度乘积存在较大的差异（也被称之为声阻抗），最终反射地震波的能力也存在显著差异。通过这个特点，地质雷达法也能够较好地甄别岩溶地区的不良地质带位置，给后续进行隧道施工提供较好的数据参考。

图1　隧道施工中超前勘察的原理展示图

　　2.2 组合技术的应用

　　综合超前地质预报体系本身包含多项技术，同时各个技术也具有相应的特点。因此，在具体使用这项技术体系时，如果能够灵活发挥多个技术的战略价值，最终形成组合技术体系，也具有较强的应用意义。结合综合超前地质预报体系的相关内容，这里则提出“地质调查法 TSP TEM 超前钻探”的组合技术模式。在技术理论与原理方面，主要是使用地质调查法来获取岩溶地区的基本地质信息，对于区域地质情况有较好的掌握。接下来则可以使用 TSP 进行长远距离的辅助探测，并使用 TEM 技术针对重点区域进行详细探测，最终通过超前钻探活动来验证预报结果的精准性与可靠性。这套技术实现了多个技术的互补，提高了地质预报的精准性，可以实现地质预报的定量分析。

　　我国沪昆客运专线中的某岩溶隧道工程就使用了“地质调查法 TSP TEM 超前钻探”的组合技术模式。这里也结合工程实践活动来明确这套组合技术模式的实际应用。

　　第一，地质调查。相关勘察人员在工程项目施工之前，先对区域地质情况进行了全面的调查，发现区域构造体系为中新华夏系，同时区域内存在较多的断层破碎带。经过进一步分析以后，发现区域岩体破碎情况比较突出，同时围岩的稳定性也不

　　高，岩体出现了显著的强风化情况。

　　第二，TSP分析。在本次岩溶隧道工程中，相关技术人员还使用了 TSP-203进行了地质预报。在具体操作中，需要在隧道左右两侧分别布设接收器，以及直径为 50mm、深度为 2m、相隔间距为 1.5m 的炮孔。通过 TSP 探测分析以后，相关技术人员就可以明确区域地质的不同层系的力学参数和特性，结合相关信息分析得出，区域内存在围岩破碎、岩溶发育、富水等各类情况。

　　第三，TEM 分析。结合本次工程项目的 TSP 分析结果，就可以对重点区域进行精细化探测。在探测活动开展过程中，则在隧道掌子面中完成测线的布设。其中，各个测点之间的间距设计为 0.5m，测点距离地面为1.5m。通过使用TEM技术以后，就可以得到视电阻等值线图，如图 2 所示。第四，超前钻探。在岩溶地区进行超前钻探，需要进行逐桩钻探，充分明确地质情况。在本次工程项目中，主要使用冲击钻和回转取芯钻两种方式配合使用，提高钻探速度与效率。前者无法取芯，在一般地段可以使用，通过冲击相声、钻速变化、冲洗液颜色、钻杆振动等要素判断地质岩体情况。而后者主要使用在特殊地层（比如溶洞、断层破碎带等），真实可靠地提供岩层地质情况。

图2　视电阻等值线展示图

　　3. 综合超前地质预报在岩溶隧道施工中的应用保障措施

　　3.1 切实提高勘察人员的专业能力

　　综合超前地质预报体系涉及了多个技术，需要勘察人员具有较高的专业能力才能够真正发挥这些技术的成效。因此，在后续时间里，岩溶地质勘察团队应该切实提高各个勘察人员的专业能力。一方面，在进行人才招聘的时候，相关机构可以适当提高人才招收的标准，从外部市场环境中吸收一些高素质人才。随着我国高校扩招战略的不断贯彻，我国市场环境中的高素质人才数量与比例都得到了显著提升，地质勘探机构更容易从市场环境中获得高素质人才。另一方面，机构单位在平时结合综合超前地质预报体系制定相应的培训教育活动，同时还要积极引入一些现实工程案例，提高培训教育的效果。

　　3.2 做好施工设备的维护保障活动

　　在进行超前地质预报活动时，需要使用较多的机械设备。因此，在平时，相关技术人员也应该做好各类相关设备的维护保养工作，保证各个设备都有较好的可靠性。在使用各类设备时，操作人员也应该严格按照既定的规章制度和操作流程进行施工作业，避免因为自身的不良操作而对设备带来损伤。对于施工团队来说，也应该做好超前地质预报相关设备的管理，及时更新各类设备的信息，保证设备能够取得较好的应用成效。

　　3.3 灵活使用各类组合技术

　　对于岩溶地区的隧道施工来说，使用单一地质预报方法虽然比较便捷，但是在实践活动中很有可能遇到一些阻碍。比如上文提到的地质雷达法无法探测 20m 以外区域的地质情况。因此，在具体工程实践过程中，最好使用组合技术模式。这也需要勘探人员能够对各项技术有比较充足的了解，明确不同技术的使用条件和应用特点，再结合隧道施工现场的实际情况进行针对性的调整。在这个过程中，地质勘探最好能够结合不同技术的特点和现场施工环境，制定多套组合技术的方案，并从中选择最合适的勘探组合技术方案。因此，综合超前地质预报体系的贯彻使用能够变得更加灵活，更容易取得预期的效果。

　　3.4 做好超前地质预报方案的优化设计

　　岩溶地区的地质环境是非常复杂的，同时不同地区的岩溶地质环境也有所不同，需要施工人员结合项目的实际情况进行超前地质预报技术的灵活组合与全面分析，才能够形成针对性较强的施工方案体系。在这个过程中，技术人员也需要对施工项目区域的地质情况进行全面探索，结合岩溶地区的实际情况选择最合适的超前勘探技术。在拟定超前地质预报方案时，也需要经过严密的技术论证和专家会议，保证最终选定的方案具有较好的合理性，能够在工程项目中取得显著应用成效。

　　4. 结语

　　综合来看，综合超前地质预报技术在岩溶隧道施工中的全面应用具有较好的成效，可以在我国各个地区进行综合推广。对于地质勘探人员来说，应充分明确综合超前地质预报体系的各项技术内容，同时还要掌握不同技术特点与应用环境，结合工程项目的实际情况做出针对性选择。在具体使用这项技术时，相关人员还应该积极处理技术运用过程中存在的问题，并不断积累技术实践经验，给岩溶隧道施工提供较为丰富的地质数据资料。这样以后，综合超前地质预报就可以展现出较强的战略价值，有利于提升我国岩溶隧道施工的安全水平和整体质量。

　　作者：唐志杰 （湖南省煤田地质局第三勘探队）

　　本文刊发于《中国高新科技》杂志2020年第23期

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