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隧道施工超前地质预报研究现状及发展趋势陈政琦

发表时间：2021/1/29 来源：《建筑科技》2020年8月上作者：陈政琦

[导读] 我国国土面积较广，地形丰富，各地区地质条件变化较大，因而隧道工程施工环境复杂，其质量和安全难以全面保障，为了有效预判地质灾害发生位置，优化调整隧道施工方案，指导工程施工安全顺利进行，需要在施工前做好地质勘察和预测工作。此时超前地质预报法就发挥了很大的作用，利用钻探和现代物探等手段，借助相关的探测设备可以探查清楚施工段地质和水文条件，发现安全隐患，从而提前做好防控，为隧道工程的顺利完工打下基础。

山西省中铁十七局集团第五工程有限公司陈政琦 030032

【摘要】：我国国土面积较广，地形丰富，各地区地质条件变化较大，因而隧道工程施工环境复杂，其质量和安全难以全面保障，为了有效预判地质灾害发生位置，优化调整隧道施工方案，指导工程施工安全顺利进行，需要在施工前做好地质勘察和预测工作。此时超前地质预报法就发挥了很大的作用，利用钻探和现代物探等手段，借助相关的探测设备可以探查清楚施工段地质和水文条件，发现安全隐患，从而提前做好防控，为隧道工程的顺利完工打下基础。
【关键词】：隧道施工；超前；地质预报；现状；发展趋势
        1.隧道施工超前地质预报技术的研究
        1.1物探法
        物探法是目前国内比较常用的一种，利用各式各样先进的探测设备可以对岩土体物理性质进行深入分析，探明水文情况和地质条件。这种探测法属于间接方式，因此对地质破坏程度较小，对掌子面施工无大影响，具体又分为以下几种方式：红外探水法，由于隧道施工段内水分子会不停运动，面对红外辐射波会产生不同的辐射场，借此利用相关设备就可探明一定范围掌子面含水情况；声波反射法，鉴于声波的传导特点，结合隧道现有的地质勘测资料，可探测距离在70-90m左右的岩体地质特点，具有探测用时短、低成本和高准确度等优势；TSP法，探测预报的距离较远，可有效抵抗干扰，是目前长距离地超前预报中最为先进的方法，通过人工发出地震波，利用高分辨率地震反射法接收反射的地震信号，对其分析获得掌子面前方相关地质数据信息。
        1.2地质法
        地质法比较常用，主要是进行隧洞以及地表的进行探测，具体为探查地表地质、描绘地质勘测图纸，进而获得前方不良地质体的特征信息。实施原理是通过对隧道周边环境进行全面具体的地质勘探，推测隧道掌子面前方可能出现的地质构造情况，计算分析围岩稳定性、推断掌子面前方岩体变形趋势、破碎带发育情况，完成超前预报，为施工组织设计和施工方案制定提供参考。
        1.3超前地质钻探、导坑法
        该法可以直接探测施工中掌子面前方地质实际情况，并加上初步现场勘查　　实现超前精确预报，有极高的精确度，但费时费力，多用于地质条件相对比较简单的隧道工程。具体有两种操作方式，一是超前水平钻孔法，在施工掌子面或一侧的耳室根据钻进速率、岩芯强度试验，推算岩石的特性、土体含水与否、岩层状态等；二是超前导坑法，根据导坑检测地质状况来指导隧道的开挖与支护施工。
        2.超前地质预报方法的应用实例介绍
        2.1确定超前地质预报段落
        对于福庄三号隧道，隧道正洞综合物探超前预报段落见下表1。

        2.2制定超前地质预报方案
        首先要明确隧道地质超前预报工作内容，主要有掌子面前方水体情况，包括岩溶洞内水环境变化、岩溶水发育情况，分析其对实际可能造成的影响；断层和掌子面前方的围岩位置、具体状态、是否充水、稳定性；隧道在硬质岩段有无岩爆及软弱地层有无塑性大变形发生。其次鉴于隧道综合超前地质预报方法种类较多，不同技术手段的探测长度不同，可先成立综合超前地质预报领导小组，进而建立综合超前地质预报体系，将多种超前探测方法的相互配合，结合掌子面地质素描、地表调绘等以前勘查和监测到的地质资料，根据预报结果中关于隧道开挖、超前支护、二衬施工等所需的全部地质参考信息，制定并完善相应的特殊地质地段、各道施工工序的具体施工方案，从而最大限度地规避地质风险。
        2.3规范进行超前地质预报工作
        不同地段的探测法可参见上表1，对于不同地质条件，例如断层破碎带、软弱岩层变化带及可溶岩地段采用地质雷达探测法及物探红外探测法；隧道区域内软弱破碎底层或熔岩发育期采用地震波反射法探测。详细的工作流程可参见下图1。探测到的数据需要经监理单位审核，再次确认其真实可靠性后可传送给建设和设计单位，从而优化设计方案，为下一步的实际施工和后续未完成段的超前地质预报工作给出有价值的指导意见。

        3.隧道施工超前地质预报的发展趋势
        3.1加强对超前地质预报工作的关注
        目前超前地质预报方法应用逐步扩展，为了保障在实际应用过程中预报结果的准确性和及时性，相关技术人员和操作人员必须认真理解超前地质预报法实施的重要工程意义，监理单位和设计单位等也要加强对该工作的重视，予以必要的支持，一方面在地质预报的过程重视对工程前期和过程的控制，确保严格按照预报执行方案顺利进行；另一方面要加强指导，及时调整隧道区段的地质复杂程度分级、预报方法和技术，帮助地质探测人员更有效的掌握该区域的地质结构变化和现阶段的具体状况；最后设计及其他相关单位要认真对待预报反馈结果，将实际地质状况与设计的对比分析，不断完善超前地质预报方案，提高隧道工程地质勘察质量。
        3.2完善超前地质预报技术体系
        国家的进步、科技的发展促使超前地质预报工作模式也有了一定的转变，为了促进该技术更好地发展应用，需要结合时代、行业、技术水平变化不断完善超前地质预报管理体系，首先在实施超前预报技术前要应该先加强地质勘查，以不一样的方式从其他角度去了解各段隧道的地质以及周围的岩层情况，并初步分析评估，预估隧道施工风险等级，可能会发生的地质灾害的等级，划分超前地质预报工作重点；其次要以地质法、物探法实行全阶段、全过程、长期性的超前预报，为后续施工提供依据，但当对不良的地质体进行探测的时候，可改用短期预报，若无异常可继续施工，反之则采用超前钻探法，这种长短期结合的方式高效准确，能更好地确定不良地质体性质特征以及范围。
       结语
       综上所述，隧道施工超前地质预报技术在我国发展至今已出现多种方式，其中物探法、地质法等在很多隧道工程项目都已得到了应用，而预报结果的准确性对于隧道施工意义重大，因此在实际隧道工程中，需要合理利用不同的预报方法对岩土体物理性质进行深入分析，探明不良地质段的具体情况，全面掌握水文地质状况，进而为隧道工程提供高质量服务，推动我国隧道工程的发展。
参考文献
【1】王立军.综合超前地质预报技术在隧道施工中的应用研究[J].宁夏工程技术，2018，17（4）：355-360.
【2】曾维江.公路隧道施工监控量测与超前地质预报技术现状及思考[J].建筑工程技术与设计，2018，（27）：196.
【3】孙铁，张岩.隧道施工超前地质预报技术简析[J].辽宁省交通高等专科学校学报，2016，（04）：6-9.