■王亞平 ■江西省中天建設(shè)集團(tuán)，江西 南昌 330000

1 隧道施工超前地質(zhì)預(yù)報(bào)研究現(xiàn)狀分析

對(duì)于隧道工程而言，超前地質(zhì)預(yù)報(bào)是施工過(guò)程中不可或缺的重要組成部分之一，其具體是指在隧道施工中，合理運(yùn)用各種技術(shù)、方法和手段，對(duì)隧道的施工掌子面前方圍巖狀況進(jìn)行及時(shí)、準(zhǔn)確、有效的預(yù)判，從而使施工人員做到心中有數(shù)，并提前采取有效的措施加以應(yīng)對(duì)，避免各類(lèi)地質(zhì)災(zāi)害問(wèn)題的發(fā)生，減少災(zāi)害損失，提高施工安全性。由于隧道工程所在地的地質(zhì)條件復(fù)雜各異，故此對(duì)施工超前地質(zhì)預(yù)報(bào)所需達(dá)到的工程效果也均不相同，由此催生出了各種不同的預(yù)報(bào)方法和技術(shù)手段。目前，較為常用的隧道施工超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方法有以下幾大類(lèi):

1.1 地質(zhì)法

該方法是目前隧道施工超前地質(zhì)預(yù)報(bào)中最為基本且常用的方法之一，其主要依據(jù)地表、隧洞、掌子面的地質(zhì)調(diào)查結(jié)果進(jìn)行超前預(yù)報(bào)。具體而言，就是依據(jù)地表外露的巖石體結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生形狀及其發(fā)育破碎機(jī)理和巖石風(fēng)化程度等基本特征，并借助地質(zhì)圖和構(gòu)造相關(guān)性分析，推測(cè)巖石體結(jié)構(gòu)面在隧道穿越深度的出露位置，進(jìn)而推測(cè)出隧道掌子面前方可能出現(xiàn)的地質(zhì)構(gòu)造情況。按照隧洞內(nèi)部與外部的地質(zhì)調(diào)查以及施工掌子面的地質(zhì)簡(jiǎn)圖，再結(jié)合節(jié)理統(tǒng)計(jì)分析等，對(duì)掌子面前方巖體的特性、變形趨勢(shì)、失穩(wěn)的可能性、破碎帶發(fā)育情況、圍巖強(qiáng)度等進(jìn)行推測(cè)，并以此為依據(jù)制定合理、可行的施工措施，從而確保隧道施工順利進(jìn)行。地質(zhì)法具體涵蓋以下內(nèi)容:

(1)地表地質(zhì)調(diào)查。具體是指通過(guò)對(duì)隧道所在地開(kāi)展大范圍細(xì)致的地質(zhì)調(diào)查工作，復(fù)核地勘資料，掌握水文地質(zhì)詳情，為隧道施工超前地質(zhì)預(yù)報(bào)提供指導(dǎo)性依據(jù)，其歸屬定性方法的范疇。

(2)地質(zhì)素描。在隧道正式開(kāi)挖之后，對(duì)施工掌子面的地質(zhì)情況進(jìn)行迅速調(diào)查，并據(jù)此做出詳細(xì)的地質(zhì)跟蹤記錄，繪制出掌子面的剖面圖，進(jìn)而獲得前方不良地質(zhì)體的特征信息。

1.2 超前地質(zhì)鉆探、導(dǎo)坑法

該方法實(shí)質(zhì)上是一種直接探測(cè)的方法，通過(guò)直接揭露隧道施工掌子面前方的地質(zhì)情況，對(duì)掌子面前方地質(zhì)條件進(jìn)行準(zhǔn)確的預(yù)報(bào)。這種方法常被用于地質(zhì)條件相對(duì)比較簡(jiǎn)單的隧道工程當(dāng)中，例如，巖層產(chǎn)生狀況變化較小、地層受構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響不大的隧道等等。與其它超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方法相比，該方法在準(zhǔn)確度方面的優(yōu)勢(shì)較為明顯。大體上可將之分為以下兩種方法:

(1)超前水平鉆孔法。在施工掌子面或一側(cè)的耳室進(jìn)行超前水平鉆孔，通過(guò)鉆進(jìn)速度測(cè)試、巖芯強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)等途徑，分析掌子面前方的巖體性質(zhì)、含水情況、巖層軟硬程度及其完整性。

(2)超前導(dǎo)坑法。借助超前導(dǎo)坑揭示隧道的地質(zhì)情況，進(jìn)而指導(dǎo)隧道開(kāi)挖與支護(hù)。

1.3 物探法

該方法是基于巖土體之間不同的物理性質(zhì)，并借助不同的探測(cè)儀器和方法，對(duì)隧道所在地的地球物理場(chǎng)變化進(jìn)行探測(cè)，進(jìn)而判斷水文地質(zhì)情況，其屬于間接的測(cè)試方法。由于物探法對(duì)隧道掌子面的施工幾乎不存在影響，而且對(duì)地質(zhì)的破壞程度也比較輕。所以，這種方法在近年來(lái)獲得了快速發(fā)展。目前，在隧道施工中較為常用的物探法有以下幾種:

(1)TSP 法。這是現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)外隧道工程施工長(zhǎng)距離地質(zhì)超前預(yù)報(bào)最為先進(jìn)的一種方法，它的基本原理是借助人工激發(fā)地震波，并接收反射波，按照波在不同介質(zhì)當(dāng)中傳播各異的特性，通過(guò)對(duì)反射波信號(hào)的分析，預(yù)測(cè)掌子面前方可能存在的不良地質(zhì)體，如軟弱面、富水帶、溶洞等等，進(jìn)而獲得這些不良地質(zhì)體的可靠位置、形狀、規(guī)模等等。這種方法最為顯著的優(yōu)點(diǎn)是探測(cè)距離遠(yuǎn)、抗干擾能力強(qiáng)、不占用施工掌子面的空間、分辨率較高等等。

(2)紅外探水法。該技術(shù)常被用于隧道掌子面前方含水體的探測(cè)。其基本原理如下:由于地質(zhì)體以及水體內(nèi)部分子存在不停運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)，它們會(huì)在紅外輻射波的作用下，產(chǎn)生出強(qiáng)度各不相同的輻射場(chǎng)，借助探測(cè)儀便可對(duì)掌子面前方一定范圍內(nèi)的圍巖體紅外場(chǎng)強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)量，由此可判斷出掌子面前方是否存在含水體。

(3)聲波反射法。該方法歸屬于彈性波探測(cè)的范疇，其主要是利用聲波的傳播特征，并結(jié)合隧道的地質(zhì)勘測(cè)資料，判斷巖土體工程的地質(zhì)特性。這種方法的探測(cè)距離通常在70 -90m 左右，其優(yōu)點(diǎn)是費(fèi)用較低、預(yù)報(bào)準(zhǔn)確、占用掌子面的施工時(shí)間較少，而且方法本身比較簡(jiǎn)單，可操作性較強(qiáng)。

2 隧道施工超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的發(fā)展趨勢(shì)

從我國(guó)對(duì)隧道施工超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的研究現(xiàn)狀上看，預(yù)報(bào)的重點(diǎn)內(nèi)容大多集中在對(duì)隧道工程地質(zhì)條件的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，但卻對(duì)施工過(guò)程中的地質(zhì)災(zāi)害，尤其是巖爆及大變形等成因機(jī)理的研究相對(duì)缺乏，這會(huì)對(duì)施工安全性帶來(lái)極為不利的影響，一旦發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害，不僅會(huì)導(dǎo)致施工中斷，而且還可能引起人員傷亡事故。業(yè)內(nèi)大量的專(zhuān)家學(xué)者紛紛將研究的重點(diǎn)放在了超前探測(cè)技術(shù)的開(kāi)發(fā)和儀器設(shè)備的研制上，很多隧道工程中，雖然也應(yīng)用了多種探測(cè)技術(shù)，但卻并未將多種探測(cè)技術(shù)有效地結(jié)合到一起，預(yù)報(bào)結(jié)果的準(zhǔn)確性并沒(méi)有獲得進(jìn)一步提高。鑒于此，在未來(lái)一段時(shí)期，應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步加大對(duì)隧道施工超前地質(zhì)預(yù)報(bào)理論方面的研究，并不斷加強(qiáng)探測(cè)新技術(shù)、新方法的研究，在現(xiàn)有儀器設(shè)備的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)和完善，爭(zhēng)取研制開(kāi)發(fā)出一些性能更加穩(wěn)定、可靠性更高的新設(shè)備，從而更好地為隧道工程服務(wù)。此外，還應(yīng)當(dāng)建立并逐步完善不良地質(zhì)截面的特征識(shí)別模式以及不良地質(zhì)的判定指標(biāo)，并將實(shí)施綜合超前地質(zhì)預(yù)報(bào)作為下一步發(fā)展的重點(diǎn)內(nèi)容。

3 結(jié)論

綜上所述，在隧道工程施工中，超前地質(zhì)預(yù)報(bào)具有至關(guān)重要的作用，預(yù)報(bào)結(jié)果的準(zhǔn)確性與否直接關(guān)系到施工是否能夠順利進(jìn)行。為此，應(yīng)當(dāng)在對(duì)現(xiàn)有研究成果進(jìn)行總結(jié)的基礎(chǔ)上，找出其中的不足之處，并加以改進(jìn)和完善，這也是未來(lái)一段時(shí)期的工作重點(diǎn)。只有這樣，才能使超前地質(zhì)預(yù)報(bào)更好地為隧道工程服務(wù)。

［1］巨浪，沙椿.地質(zhì)雷達(dá)在福堂水電站引水隧洞施工超前預(yù)報(bào)中的應(yīng)用［J］.水電站設(shè)計(jì).2012，(5).

［2］魯光銀，韓旭里，朱自強(qiáng).綜合探測(cè)技術(shù)在公路隧道泥涌災(zāi)害治理中的應(yīng)用［J］.防災(zāi)減災(zāi)工程學(xué)報(bào).2013，(2).

［3］楊立財(cái)，王懷強(qiáng).隧道施工超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)應(yīng)用研究［J］.西部探礦工程，2010，(4).

［4］劉義虎，張志龍.多種超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方法在雪峰山隧道中的應(yīng)用［J］.地質(zhì)災(zāi)害與環(huán)境保護(hù)，2011，(6).