1、簡(jiǎn)述目前國(guó)內(nèi)國(guó)際地質(zhì)超前預(yù)報(bào)方案目前在隧道施工期間采用的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方法從專業(yè)技術(shù)方面可分為常規(guī)地質(zhì)法和物探法兩大類，具體有以下幾種：（1）超前導(dǎo)坑（2）正洞地質(zhì)素描（3）水平超前探孔（4）聲波測(cè)試（5）紅外探水（6）電磁波法（7）彈性波法 一、超前導(dǎo)坑法 超前導(dǎo)坑法可分為超前平行導(dǎo)坑和超前正洞導(dǎo)坑。平行導(dǎo)坑的布置平行于正洞，斷面小而且和正洞之間有一定的距離，在施工過程中對(duì)導(dǎo)坑中遇到的構(gòu)造、結(jié)構(gòu)面或地下水等情況作地質(zhì)素描圖，通過做地質(zhì)素描圖對(duì)正洞的地質(zhì)條件進(jìn)行預(yù)報(bào)。采用平行導(dǎo)坑預(yù)報(bào)的優(yōu)點(diǎn)是：平行導(dǎo)坑超前的距離越長(zhǎng)，預(yù)報(bào)也越早，施工中就有充分的準(zhǔn)備時(shí)間，可以增加工作面，加快施工進(jìn)度，還可以起到排

2、水減壓放水，改善通風(fēng)條件和探明地質(zhì)構(gòu)造條件的作用。采用超前平行導(dǎo)坑進(jìn)行預(yù)報(bào)比較直觀，精度高，預(yù)報(bào)的距離長(zhǎng)，便于施工人員安排施工計(jì)劃和調(diào)整施工方案。超前正洞導(dǎo)坑布置在正洞中，其作用與平行導(dǎo)坑相比，效果更好。但是采用超前導(dǎo)坑法進(jìn)行預(yù)報(bào)也有缺陷：一是成本太高，有時(shí)需要全洞進(jìn)行平導(dǎo)開挖；二是在構(gòu)造復(fù)雜地區(qū)準(zhǔn)確度不高。 二、正洞地質(zhì)素描 地質(zhì)素描是對(duì)開挖面的地質(zhì)情況如實(shí)而準(zhǔn)確的反映。素描的主要內(nèi)容包括地層巖性、構(gòu)造發(fā)育情況（含斷層、貫穿性節(jié)理、夾層或巖脈）、地下水的出水狀態(tài)、圍巖的穩(wěn)定性及初期支護(hù)采用的方法等。正洞地質(zhì)素描是利用所見到正洞已開挖段的地質(zhì)情況預(yù)報(bào)前方可能出現(xiàn)的不良地質(zhì)條件（斷層等）。針對(duì)斷

3、層而言，又分?jǐn)鄬勇额^作圖法和斷層前兆特征法。斷層露頭作圖法對(duì)結(jié)構(gòu)面向開挖后方傾斜的斷層預(yù)報(bào)效果較好，因?yàn)閿鄬酉仍谒淼赖壮雎叮瑢?duì)巖體穩(wěn)定性影響不大時(shí)就可以發(fā)現(xiàn)；對(duì)于向掌子面前方傾斜的結(jié)構(gòu)面因?yàn)橄仍陧敳砍霈F(xiàn)，預(yù)報(bào)時(shí)效果相對(duì)較差。正洞地質(zhì)素描的優(yōu)點(diǎn)是不占用施工時(shí)間，設(shè)備簡(jiǎn)單，不干擾施工，出結(jié)果快，預(yù)報(bào)的效果好，而且為整個(gè)隧道提供了完整的地質(zhì)資料；缺點(diǎn)是對(duì)與隧道夾角較大而又向前傾的結(jié)構(gòu)面容易產(chǎn)生漏報(bào)。 三、水平超前探孔 水平超前探孔方法是在隧道內(nèi)安放水平鉆機(jī)進(jìn)行水平鉆進(jìn)，根據(jù)隧道中線水平方向上鉆孔資料來推斷隧道前方的地質(zhì)情況。鉆孔的數(shù)量、角度及鉆孔長(zhǎng)度可人為設(shè)計(jì)和控制。一般可根據(jù)鉆進(jìn)速度的變化、鉆孔取

4、芯鑒定、鉆孔沖洗液的顏色、氣味、巖粉以及在鉆探過程中遇到的其他情況來判斷。這種方法可以反映巖體的大概情況，比較直觀，施工人員可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)情況來安排下一步的施工組織。但該方法也存在不足之處：在復(fù)雜地質(zhì)條件下預(yù)報(bào)效果較差，很難預(yù)測(cè)到正洞掌子面前方的小斷層和貫穿性大節(jié)理，特別是與隧道軸線平行的結(jié)構(gòu)面，其預(yù)報(bào)無反映；鉆孔與鉆孔之間的地質(zhì)情況反映不出來。 四、聲波測(cè)試 聲波對(duì)裂隙反應(yīng)很敏感，遇到裂隙即發(fā)生介面效應(yīng)（反射、折射和繞射），耗損波能，波形變復(fù)雜，波速減緩，此外，聲波速度的大小還和巖體強(qiáng)度有關(guān)。 聲波測(cè)試方法有多種，主要有巖面測(cè)試和孔內(nèi)測(cè)試兩種，其中孔內(nèi)測(cè)試又分為單孔和雙孔測(cè)試兩種。 巖面測(cè)

5、試是在已開挖地段進(jìn)行的，由于隧道開挖放炮形成許多張裂隙，所測(cè)波速表面巖石比實(shí)際巖體的波速略偏低。 孔內(nèi)測(cè)試分單孔和雙孔兩種。單孔測(cè)試是把發(fā)射源和接收器放在同一孔內(nèi)，但只能測(cè)到鉆孔周圍一倍波長(zhǎng)左右范圍內(nèi)的地質(zhì)情況。雙孔測(cè)試是把發(fā)射源和接收器放在不同的鉆孔內(nèi)，測(cè)試兩孔之間的巖體波速。 孔內(nèi)測(cè)試按耦合方式又分為干孔和濕孔兩種。濕孔測(cè)試是向鉆孔內(nèi)灌水耦合，但由于水充填了裂隙影響測(cè)試結(jié)果，往往使測(cè)試波速偏高，巖石越破碎偏差越大。干孔測(cè)試是在發(fā)射器和接收器的外面套上環(huán)行膠囊，然后再向膠囊內(nèi)注水，使接收器、發(fā)射器和孔壁耦合，其測(cè)試結(jié)果比較真實(shí)。 五、紅外探測(cè) 所有物體都發(fā)射出不可見的紅外線能量，這能量的大小

6、與物體的發(fā)射率成正比。而發(fā)射率的大小取決于物體的物質(zhì)和它的表面狀況。當(dāng)隧道掌子面前方及周邊介質(zhì)單一時(shí)，所測(cè)得的紅外場(chǎng)為正常場(chǎng)，當(dāng)前面存在隱伏含水構(gòu)造或有水時(shí)，他們所產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)要疊加到正常場(chǎng)上，從而使正常場(chǎng)產(chǎn)生畸變。據(jù)此判斷掌子面前方一定范圍內(nèi)有無含水構(gòu)造?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)試有兩種方法：一是在掌子面上，分上、中、下及左、中、右六條測(cè)線的交點(diǎn)測(cè)取9個(gè)數(shù)據(jù)，根據(jù)這9個(gè)數(shù)據(jù)之間的最大差值來判斷是否有水；二是由掌子面向掘進(jìn)后方（或洞口）按左邊墻、拱部、右邊墻的順序進(jìn)行測(cè)試，每5m或3m測(cè)取一組數(shù)據(jù)，共測(cè)取50m或30m，并繪制相應(yīng)的紅外輻射曲線，根據(jù)曲線的趨勢(shì)判斷前方有無含水。 掌子面上9個(gè)數(shù)據(jù)的最大差值大于10

7、w/cm2，就可以判定有水；紅外輻射曲線上升或下降均可以判定有水，其他情況判定無水。紅外探測(cè)的特點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)對(duì)隧道全空間、全方位的探測(cè)，儀器操作簡(jiǎn)單，能預(yù)測(cè)到隧道外圍空間及掘進(jìn)前方30m范圍內(nèi)是否存在隱伏水體或含水構(gòu)造，而且可利用施工間歇期測(cè)試，基本不占用施工時(shí)間。但這種方法只能確定有無水，至于水量大小、水體寬度、具體的位置沒有定量的解釋。 六、電磁波法 電磁波法是利用電磁波在不同介質(zhì)中產(chǎn)生透射、反射的特性來進(jìn)行地質(zhì)預(yù)報(bào)工作的，目前常用的方法有地質(zhì)雷達(dá)。 利用地質(zhì)雷達(dá)進(jìn)行超前預(yù)報(bào)時(shí)，當(dāng)前方巖石完整的情況下，可以預(yù)報(bào)30 m的距離；當(dāng)巖石不完整或存在構(gòu)造的條件下，預(yù)報(bào)距離小于10m。雷達(dá)探測(cè)的效

8、果主要取決于不同介質(zhì)的電性差異，即介電常數(shù)，若介質(zhì)之間的介電常數(shù)差異大，則探測(cè)效果就好。在洞內(nèi)測(cè)試時(shí)，由于受干擾因素較多，往往造成假的異常，形成誤判 七、彈性波法 彈性波超前預(yù)報(bào)技術(shù)按觀測(cè)系統(tǒng)可分為地震反射法（負(fù)視速度法）和水平聲波剖面法。當(dāng)彈性波向地下傳播時(shí)，遇到波阻抗不同的地層界面時(shí)，將遵循反射定律發(fā)生反射現(xiàn)象。當(dāng)介質(zhì)的波阻抗差異愈大，反射回來的信號(hào)就愈強(qiáng)。 1、地震負(fù)視速度法 地震負(fù)視速度法的原理是利用地震波在不均勻地層中產(chǎn)生的反射波特征，來預(yù)報(bào)隧道掌子面前方及周圍區(qū)域的地質(zhì)情況。在隧道側(cè)壁的一定范圍內(nèi)布置激震點(diǎn)，進(jìn)行激發(fā)，產(chǎn)生的地震波信號(hào)在隧道周圍巖體內(nèi)傳播，當(dāng)巖石強(qiáng)度發(fā)生變化時(shí)，比如

9、有斷層或巖層變化，地震波信號(hào)的一部分將返回，這個(gè)信號(hào)稱為反射波。反射界面與測(cè)線直立正交時(shí)，所接收的反射波與直接由震源發(fā)出的信號(hào)（稱為直達(dá)波）?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)試時(shí)，采用的方式有多炮共道、多道共炮兩種。前者記錄方式有利于保證激發(fā)條件的一致性，后者則有利于記錄條件的一致性。當(dāng)偏重于運(yùn)動(dòng)學(xué)特征參數(shù)的應(yīng)用時(shí)共炮與共道兩種記錄方式可任意選用；當(dāng)要求測(cè)試設(shè)備簡(jiǎn)化與強(qiáng)調(diào)接收條件一致性時(shí)，宜采用多炮共道式；當(dāng)強(qiáng)調(diào)動(dòng)力學(xué)參數(shù)的對(duì)比利用時(shí)，則宜選用多道共炮方式。觀測(cè)系統(tǒng)沿開挖工作面后面巷道側(cè)壁或底部布置。為獲取“負(fù)視速度”，震源應(yīng)在預(yù)報(bào)目的物的遠(yuǎn)端，接收點(diǎn)間距采用小道間距（一般25m），12道或24道接收。根據(jù)需要與設(shè)備條

10、件，測(cè)點(diǎn)可采用單分量、三分量或組合檢波器。 2、水平聲波剖面法 該方法(接收頻率為聲波頻段的地震波)是利用孔間地震剖面法(ABSP)的原理及相應(yīng)軟件開發(fā)的一種超前預(yù)報(bào)方法。震源和檢波器的布置除脫離開挖工作面對(duì)施工干擾小外，還因反射波位于直達(dá)波、面波延續(xù)相位之外不受干擾，因此做到記錄清晰、信噪比高，使反射波同相軸明顯。觀測(cè)時(shí)在隧道的兩個(gè)側(cè)壁分別布置震源和檢波器，按其相對(duì)位置設(shè)計(jì)成兩種觀測(cè)方式即固定激發(fā)點(diǎn)（或接收點(diǎn)）和激發(fā)與接收點(diǎn)相錯(cuò)斜交方式。 3、TGP12隧道地質(zhì)預(yù)報(bào)法 TGP12隧道地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)是利用地震波在不均勻地質(zhì)體中產(chǎn)生的反射波特性來預(yù)報(bào)隧道掌子面前方及周圍臨近區(qū)域的地質(zhì)情況。它的預(yù)報(bào)

11、原理同負(fù)視速度法，預(yù)報(bào)長(zhǎng)度為200m，總的來說，采用地震反射波法進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，預(yù)報(bào)距離相對(duì)較長(zhǎng)，對(duì)大的構(gòu)造尤其是張結(jié)構(gòu)面反映明顯，另外對(duì)軟硬巖的變化點(diǎn)也有較好的反映。述評(píng)：在綜合地質(zhì)超前預(yù)報(bào)中的各種物探方法中：超前導(dǎo)坑法成本太高、在構(gòu)造復(fù)雜地區(qū)準(zhǔn)確度不高；正洞地質(zhì)素描法對(duì)與隧道夾角較大而又向前傾的結(jié)構(gòu)面容易產(chǎn)生漏報(bào)，水平超前探孔法在復(fù)雜地質(zhì)條件下預(yù)報(bào)效果較差、很難預(yù)測(cè)到正洞掌子面前方的小斷層和貫穿性大節(jié)理、鉆孔與鉆孔之間的地質(zhì)情況反映不出來；紅外探測(cè)法這種方法只能確定有無水，至于水量大小、水體寬度、具體的位置沒有定量的解釋；電磁波法干擾因素較多，往往造成假的異常，形成誤判；TSP203法價(jià)

12、格太昂貴。TGP12作業(yè)快，測(cè)距長(zhǎng)，干擾相對(duì)少，可以與多種預(yù)測(cè)法結(jié)合應(yīng)用，解釋難度小，適于做長(zhǎng)距離預(yù)測(cè)。該儀器已成功地應(yīng)用與國(guó)內(nèi)眾多隧道地質(zhì)預(yù)報(bào)中，通過大量事實(shí)證明以地質(zhì)法為基礎(chǔ)， 以TGP12法為主要手段，配合其他綜合物探技術(shù)，在工程中的應(yīng)用取得了較好的效果。在隧道開挖過程中，使施工人員做到了心中有數(shù)，提前采取施工措施，修正支護(hù)參數(shù)，確保隧道的施工安全，同時(shí)也反映了TGP12地質(zhì)超前預(yù)報(bào)系統(tǒng)，性能穩(wěn)定可靠，采集的波形完整，信噪比高，與國(guó)外同類儀器對(duì)比整體上具有國(guó)際先進(jìn)水平，可替代進(jìn)口產(chǎn)品，并且經(jīng)濟(jì)實(shí)用，故建議在我國(guó)隧道地質(zhì)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)工作中推廣應(yīng)用。 由于隧道地質(zhì)情況的復(fù)雜性加上人們對(duì)地球認(rèn)識(shí)的

13、局限性，給我們的隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)帶來了很多困難，我們只有借助一些外部工具（如TGP12）加上一定的地質(zhì)知識(shí)和實(shí)地的地質(zhì)資料，來分析、預(yù)報(bào)，爭(zhēng)取達(dá)到更好的效果。但毋庸置疑，隨著時(shí)間的流逝，我們的預(yù)報(bào)效果將越來越好。另外，目前常用的隧道長(zhǎng)期（長(zhǎng)距離）超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的方法主要有地面地質(zhì)調(diào)查法，斷層參數(shù)預(yù)報(bào)法和TRT、TSP、HSP等儀器探測(cè)方法；常用的隧道短期（短距離）超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的方法主要有掌子面編錄預(yù)測(cè)法，不良地質(zhì)前兆法和地質(zhì)雷達(dá)、紅外線超前探水等儀器探測(cè)法。各種預(yù)報(bào)手段和方法都有其各自的適用范圍和特點(diǎn)，其中TSP超前探測(cè)是目前預(yù)報(bào)距離最長(zhǎng)、適用范圍最廣、預(yù)報(bào)效果最好的超前預(yù)報(bào)手段和方法。1.TR

14、T超前探測(cè)技術(shù)TRT層析掃描超前預(yù)報(bào)系統(tǒng)可采用多種地震源產(chǎn)生沿隧道和采礦口傳播的信號(hào)，這些信號(hào)在巖體性質(zhì)發(fā)生改變的地方反射，被用來描述隧道和采礦口前方及其周圍的三維結(jié)構(gòu)圖。TRT6000層析掃描超前預(yù)報(bào)系統(tǒng)是用來指導(dǎo)隧道施工、地層繪圖、采礦、地下水文和地質(zhì)測(cè)量、填埋物的描繪和定位、判斷地下危險(xiǎn)物移動(dòng)的新一代超前預(yù)報(bào)系統(tǒng)，它采用了業(yè)界獨(dú)有的層析掃描成像及用錘擊產(chǎn)生地震波的技術(shù)，從而提高了數(shù)據(jù)采集效率、降低了操作難度而且使圖像更易于理解，更有利于缺陷診斷。TRT6000超前預(yù)報(bào)系統(tǒng)是一個(gè)優(yōu)化的、由硬件和軟件組成的測(cè)量系統(tǒng)。2.TSP超前探測(cè)技術(shù)TSP（Tunnel Seismic Predicti

15、on）是瑞士安伯格測(cè)量技術(shù)公司于20世紀(jì)90年代初期開發(fā)研制的一套超前預(yù)報(bào)系統(tǒng)設(shè)備，該系統(tǒng)采用地震波反射原理，能長(zhǎng)距離地預(yù)報(bào)隧道施工前方的地質(zhì)變化，如斷層破碎帶和其它不良地質(zhì)帶，其準(zhǔn)確預(yù)報(bào)范圍為掌子面前方100150m。現(xiàn)如今TSP超前地質(zhì)探測(cè)系統(tǒng)在瑞士、德國(guó)、法國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家的隧道施工中，已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，尤其是在采用TBM施工時(shí)，利用TSP進(jìn)行超前探測(cè)地質(zhì)情況，更是在隧道施工過程中不可缺少的工序。1996年，我國(guó)鐵道部隧道工程局首次引進(jìn)TSP202應(yīng)用于深圳中東部供水水源隧道、梅坎鐵路松南隧道、內(nèi)昆線閘上隧道、朱嘎隧道等。近年來，TSP技術(shù)也越來越得到中國(guó)的工程技術(shù)人員廣泛認(rèn)同，并成功地

16、應(yīng)用于秦嶺鐵路隧道、株六鐵路復(fù)線、渝懷鐵路部分隧道工程、青海公伯峽水電站導(dǎo)流洞、云南元墨高速公路以及山西雁門關(guān)公路隧道等幾十個(gè)工程中。在工程的施工實(shí)踐中也發(fā)揮了重要作用。TSP探測(cè)技術(shù)產(chǎn)品開發(fā)經(jīng)歷了TSP202和TSP203兩代產(chǎn)品。與第一代產(chǎn)品TSP202相比，TSP203在硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)等方面都作了很大的改進(jìn)，其軟件編程除了考慮了與Windows視窗的兼容性之外，還特別強(qiáng)調(diào)了軟件的智能化的評(píng)估結(jié)果輸出地靈活性，使探測(cè)工作更加靈活、便捷。3TGP超前預(yù)報(bào)系統(tǒng)這也是地震反射波技術(shù)的一種應(yīng)用，猶如光波在鏡面發(fā)生反射一樣，巖體中傳播的地震波在斷層構(gòu)造破碎帶、不同巖性接觸帶、軟弱巖層帶、以及巖溶發(fā)育帶等界面發(fā)生反射、繞射和散射，發(fā)生波型變換、衰減、干涉等現(xiàn)象，本系統(tǒng)詳細(xì)分析解譯這些地質(zhì)信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)上述不良地質(zhì)的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)。隧道內(nèi)地震波德傳播環(huán)境為三維條件，設(shè)想在六面是鏡面的空間內(nèi)你的圖像將會(huì)如何？隧道內(nèi)的反射波傳播遠(yuǎn)比地面復(fù)雜。需