第1節(jié) 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)1、隧道超前地質(zhì)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)的主要內(nèi)容隧道超前地質(zhì)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)包括隧道所在地區(qū)地質(zhì)分析與宏觀地質(zhì)預(yù)報(bào)、隧道洞身不良地質(zhì)及災(zāi)害地質(zhì)超前預(yù)報(bào)和重大施工地質(zhì)災(zāi)害臨警預(yù)報(bào)1)、地區(qū)地質(zhì)分析與宏觀地質(zhì)預(yù)報(bào)主要預(yù)報(bào)開(kāi)挖面前方的圍巖級(jí)別的穩(wěn)定性，及時(shí)修改設(shè)計(jì)，調(diào)整支護(hù)類(lèi)型；預(yù)報(bào)洞內(nèi)涌水量大小的變化規(guī)律以及對(duì)環(huán)境地質(zhì)與工程的影響2)、不良地質(zhì)及災(zāi)害地質(zhì)超前預(yù)報(bào)主要預(yù)報(bào)開(kāi)挖面前方巖性變化和不良地質(zhì)體的范圍、規(guī)模、性質(zhì)，以及突水、突泥、坍塌、巖爆、有害氣體等災(zāi)害地質(zhì)的發(fā)生概率，提出施工預(yù)防措施；預(yù)報(bào)斷層的位置、寬度、產(chǎn)狀、性質(zhì)、破碎帶物質(zhì)狀態(tài)、充水情況、穩(wěn)定程度等，提出施工對(duì)策3)、重大施工地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)警預(yù)報(bào)針對(duì)開(kāi)挖面前方有可能引發(fā)的大規(guī)模突水、突泥、坍塌、冒落、變形、瓦斯爆炸等重大地質(zhì)災(zāi)害建立臨警預(yù)報(bào)系統(tǒng)，主要預(yù)報(bào)隧道洞身所通過(guò)的深大富水?dāng)嗔?、富水向斜的核部、富水砂層、軟土、極軟巖、煤系地層等，評(píng)判其危害程度，提出施工方案對(duì)策總的來(lái)講，隧道超前地質(zhì)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)主要針對(duì)以下方面開(kāi)展：(1)、斷層及其影響帶和節(jié)理密集帶的位置、規(guī)模和性質(zhì)；(2)、軟弱夾層（含煤層）的位置、規(guī)模極其性質(zhì)；(3)、巖溶發(fā)育位置、性質(zhì)及其規(guī)模；(4)、不同巖類(lèi)間接觸面位置；(5)、采空區(qū)、廢棄巷道分布及其與隧道的空間關(guān)系；(6)、工程地質(zhì)災(zāi)害可能發(fā)生的位置和規(guī)模判斷；(7)、隧道圍巖級(jí)別變化及分界位置確定；(8)、不同風(fēng)化程度巖體的分界；(9)、不良地質(zhì)體的地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生可能性及程度(10)、隧道涌水位置、水壓及水量判斷。

2、隧道施工期超前地質(zhì)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)隧道施工期超前地質(zhì)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)是一項(xiàng)系統(tǒng)性工作，應(yīng)納入施工工序隧道施工期超前地質(zhì)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)的主要方法有：地質(zhì)分析法、超前平行導(dǎo)坑（隧道）預(yù)報(bào)法、超前水平鉆孔法、波反射法（包括TSP法、地質(zhì)雷達(dá)法、HSP法、地振反射法、陸地聲納法）、紅外線(xiàn)探水隧道施工期進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)主要目的為：(1)、保證隧道施工安全，減少由于揭露發(fā)育不規(guī)律管道巖溶產(chǎn)生的大量突泥、涌水而帶來(lái)的損失；(2)、為動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)、施工提供必要的地質(zhì)參數(shù)，如：地下水壓力、水量、管道巖溶的大小、方位及含煤地層的瓦斯參數(shù)、斷層及泥化夾層的分布、巖體性狀等；做好地質(zhì)超前預(yù)報(bào)可以節(jié)省大量資金通過(guò)超前預(yù)報(bào)，掌握前方地質(zhì)、地下水狀況，有針對(duì)性地采取施工防范措施，可以有效減少事故的發(fā)生，節(jié)約投資1)、地質(zhì)分析法地質(zhì)調(diào)查與推斷是隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)最基本的方法，可以隨時(shí)進(jìn)行，不干擾施工其他預(yù)報(bào)方法的解釋?xiě)?yīng)用，都是在地質(zhì)資料分析判斷基礎(chǔ)上進(jìn)行的通過(guò)收集和分析地質(zhì)資料、地表詳細(xì)調(diào)查、隧道內(nèi)地質(zhì)編錄、地質(zhì)素描、數(shù)碼照相、超前鉆孔、涌水量預(yù)測(cè)等方法，了解隧道所處地段的地質(zhì)條件，通過(guò)對(duì)比、論證、推斷，預(yù)報(bào)隧道施工前方的工程地質(zhì)、水文地質(zhì)情況。

地質(zhì)分析法的應(yīng)用離不開(kāi)施工前的地表調(diào)查，施工前地表調(diào)查主要針對(duì)以下幾個(gè)方面開(kāi)展：①、調(diào)查地表水文地質(zhì)狀況，主要是地表水系（水庫(kù)、泉井、溪流）的位置標(biāo)高、補(bǔ)給來(lái)源、流向等內(nèi)容；②、調(diào)查斷層的位置所在、產(chǎn)狀與富水性；③、調(diào)查巖層褶皺的基本形態(tài)類(lèi)型和軸面產(chǎn)狀；④、調(diào)查溶洞和暗河的出入口位置，并分析其流徑和隧道中心線(xiàn)的空間關(guān)系根據(jù)設(shè)計(jì)資料和地表勘查報(bào)告，采用地面地質(zhì)體投影法和斷層參數(shù)預(yù)測(cè)法進(jìn)行不良地質(zhì)宏觀預(yù)報(bào) 施工期間，通過(guò)對(duì)洞內(nèi)開(kāi)挖面進(jìn)行地質(zhì)素描、涌水量動(dòng)態(tài)變化的長(zhǎng)期觀測(cè)記錄，掌握地下水初期涌水量、衰減涌水量和穩(wěn)定涌水量的變化規(guī)律，綜合分析地層、斷層等構(gòu)造以及基巖裂隙水的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，查明地下水的補(bǔ)給、徑流及排泄途徑，預(yù)報(bào)未開(kāi)挖段水文地質(zhì)情況對(duì)隧道開(kāi)挖前涌水量的定量預(yù)測(cè)，往往與隧道開(kāi)挖實(shí)際涌水量有一定的差距，應(yīng)進(jìn)行對(duì)比分析，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，提高預(yù)報(bào)水平地質(zhì)分析法隧道施工期超前地質(zhì)預(yù)報(bào)是最早開(kāi)展的，也是任何其它隧道施工期超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方法的基礎(chǔ)洞內(nèi)涌水觀測(cè)掌子面素描地表調(diào)查洞內(nèi)地質(zhì)調(diào)查趨勢(shì)分析構(gòu)造相關(guān)性分析水文地質(zhì)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)地質(zhì)分析法超前地質(zhì)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)程序框圖(2)、超前平行導(dǎo)坑預(yù)報(bào)法在隧道內(nèi)或隧道附近開(kāi)挖一平行的小斷面導(dǎo)坑，對(duì)導(dǎo)坑施工揭露的地質(zhì)情況進(jìn)行地質(zhì)編錄、素描、作圖，綜合分析其地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、水文地質(zhì)情況，根據(jù)地質(zhì)理論預(yù)測(cè)相應(yīng)段隧道的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件，以及可能發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的位置、性質(zhì)、規(guī)模，并提出防治措施意見(jiàn)。

超前平行導(dǎo)坑法最為直觀，精確度很高，屬于直接揭示法通過(guò)直觀的地質(zhì)情況，施工單位可提前了解主隧道開(kāi)挖斷面的地質(zhì)情況，以便采取相應(yīng)的工程防護(hù)措施其缺點(diǎn)是成本高，對(duì)施工影響大 橫斷面 縱斷面TBM導(dǎo)坑超前隧道施工技術(shù)TBM導(dǎo)坑超前施工方法可以看作是超前導(dǎo)坑預(yù)報(bào)法的特例TBM導(dǎo)坑超前隧道施工除起到超前地質(zhì)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)作用外，還可起到其它的輔助施工作用，主要可歸納為以下幾點(diǎn)：①、圍巖調(diào)查，地質(zhì)預(yù)報(bào)；②、排水通道，改善圍巖條件；③、對(duì)不穩(wěn)定地段進(jìn)行事前加固；④、爆破擴(kuò)大時(shí)，起到掏槽作用；⑤、可作為施工中的風(fēng)道采用超前平行導(dǎo)坑進(jìn)行隧道地質(zhì)超前預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，應(yīng)做好以下工作①、超前平行導(dǎo)坑施工所遇地質(zhì)情況記錄：包括邊墻地質(zhì)調(diào)查和掌子面地質(zhì)素描；②、必要的測(cè)試試驗(yàn)（巖石、巖體聲速測(cè)試和巖石強(qiáng)度試驗(yàn)等）；③、地質(zhì)作圖主要是平面展示隧道穿越地層分布及產(chǎn)狀、巖性、構(gòu)造分布及產(chǎn)狀、不良地質(zhì)體（帶）分布、特殊地層分布及產(chǎn)狀、洞內(nèi)涌水及塌方點(diǎn)分布等；④、按超前平行導(dǎo)坑與施工隧道的平面關(guān)系，根據(jù)超前平行導(dǎo)坑所遇到的水文、地質(zhì)情況，通過(guò)計(jì)算、相關(guān)性分析，推測(cè)隧道將遇到的地質(zhì)情況。

當(dāng)隧道所處地區(qū)受構(gòu)造運(yùn)動(dòng)變動(dòng)較小時(shí)，這種方法預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性主要取決于平行導(dǎo)坑與主隧道的間距3)、超前水平鉆孔法超前水平鉆孔法是用鉆探設(shè)備向開(kāi)挖面前方鉆探，直接揭示隧道開(kāi)挖面前方幾十米的地層巖性、巖體結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、地下水、巖溶洞穴充填物及其性質(zhì)、巖體完整程度等資料，還可通過(guò)巖芯試驗(yàn)獲得巖石強(qiáng)度等定量指標(biāo)，是超前地質(zhì)預(yù)報(bào)中最直接的方法適用于已經(jīng)基本認(rèn)定的主要不良地質(zhì)區(qū)段，特別是在巖溶隧道的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)中應(yīng)用較多采用此方法不僅可以確定掌子面前方地質(zhì)情況，而且可以起到探水的作用在鉆探工藝方面，超前水平鉆孔的方向控制有一定的技術(shù)難度，且施工速度慢、費(fèi)用較高、對(duì)施工干擾較大，通常只在隧道部分重點(diǎn)區(qū)段、作為其它超前地質(zhì)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)方法的驗(yàn)證手段使用根據(jù)鉆孔長(zhǎng)度的不同，又可分為長(zhǎng)距離（≥80m）、中距離（40～80m）、短距離（<40m）三種；根據(jù)在鉆孔過(guò)程中是否鉆取巖芯，又分為取芯和不取芯兩種形式超前鉆探的布孔數(shù)量，視不良地質(zhì)的性質(zhì)和可能發(fā)生施工地質(zhì)災(zāi)害的嚴(yán)重程度來(lái)決定對(duì)于較大的斷層破碎帶，布置1孔至多2～3孔即可達(dá)到預(yù)報(bào)的目的；對(duì)于溶洞、暗河或巖溶淤泥帶等可能突水區(qū)域，則以布置5孔為宜布孔的位置主要依據(jù)其它超前地質(zhì)預(yù)報(bào)（通常為T(mén)SP法、地質(zhì)雷達(dá)法）的結(jié)論來(lái)確定。

4)、波反射法波反射法主要利用聲波、超聲波、地震波及電磁波在地層中傳播、反射，通過(guò)信號(hào)采集系統(tǒng)接收反射信號(hào)，判釋隧道掌子面前方反射界面（斷層、軟弱夾層等）距隧道掌子面的距離來(lái)進(jìn)行隧道施工期超前地質(zhì)預(yù)報(bào)也是物理探測(cè)法進(jìn)行隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的主要組成部分，應(yīng)用較為廣泛的幾種波反射法主要包括TSP法、電磁波反射法（地質(zhì)雷達(dá)法）、聲波反射法（HSP）、地震反射法、陸地聲納法等 ①、TSP（隧道地震勘探）法目前國(guó)內(nèi)采用的地震波探測(cè)儀主要是引進(jìn)的TSP203超前地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)，它利用地震波在不均勻地質(zhì)體中產(chǎn)生的反射波特性，來(lái)預(yù)測(cè)隧道掌子面前方及周?chē)R近區(qū)域地質(zhì)狀況采用TSP法進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，通常在隧道一側(cè)的邊墻部位，將一定數(shù)量（一般為24個(gè)）炮點(diǎn)按一定間距布置成一條直線(xiàn)，用少量炸藥爆炸激發(fā)，爆炸產(chǎn)生的地震波信號(hào)沿隧道方向以球面波形式傳播，地震波在不同巖層中傳播速度不同，當(dāng)遇到地質(zhì)界面時(shí)，諸如：斷層破碎帶、溶洞、大的節(jié)理面等，一部分地震波將會(huì)反射回來(lái)，反射波經(jīng)一段時(shí)間后到達(dá)傳感器時(shí)被儀器接收，通過(guò)計(jì)算軟件分析前方圍巖軟硬狀況、界面位置、界面與隧道軸線(xiàn)相交角度及距掌子面的距離，初步測(cè)定巖石的彈性模量、密度、泊松比等參數(shù)。

通過(guò)專(zhuān)用分析軟件得到反射波圖像，經(jīng)過(guò)對(duì)反射波特征的分析，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)資料、觀測(cè)地質(zhì)資料可以確定隧道前方及周邊區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造的位置和特征TSP法隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)原理圖實(shí)施TSP法超前地質(zhì)預(yù)報(bào)應(yīng)嚴(yán)格按規(guī)定布置震源和接收傳感器鉆孔，并保證質(zhì)量，特別時(shí)孔距TSP法的主要技術(shù)指標(biāo)為：1)、探測(cè)距離一般為掌子面前方300～500m；但有效預(yù)報(bào)距離一般為掌子面前方100m左右，操作人員水平較高時(shí)可預(yù)測(cè)150～200m；2)、最高分辨率可達(dá)到1m地質(zhì)體；3)、解譯技術(shù)是TSP實(shí)現(xiàn)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的最關(guān)鍵技術(shù)，也是難度最大的技術(shù)預(yù)報(bào)精度、準(zhǔn)確度與操作人員解譯水平有關(guān)，對(duì)水平較高人員而言，對(duì)不良地質(zhì)體位置預(yù)報(bào)精度可達(dá)90％、規(guī)模的預(yù)報(bào)精度可達(dá)85％TSP法超前地質(zhì)預(yù)報(bào)能預(yù)報(bào)以下內(nèi)容：1)、預(yù)報(bào)隧道掌子面前方斷層破碎帶、軟巖、巖溶陷落柱等不良地質(zhì)體的性質(zhì)、位置和規(guī)模；2)、預(yù)報(bào)涌水量較大的富水地質(zhì)體和廢棄老窯、采空區(qū)等的存在、位置和規(guī)模；3)、預(yù)報(bào)煤系地層的邊界和其中的煤層、富水砂巖；4)、粗略的預(yù)報(bào)圍巖級(jí)別；5)、定性地預(yù)報(bào)發(fā)生塌方、突泥突水等施工災(zāi)害的危險(xiǎn)性②、地質(zhì)雷達(dá)法（電磁波反射法）地質(zhì)雷達(dá)法是通過(guò)天線(xiàn)向前方發(fā)出電磁波，利用無(wú)線(xiàn)電波檢測(cè)地下介質(zhì)分布和對(duì)不可見(jiàn)目標(biāo)體或地下界面進(jìn)行掃描，以確定其內(nèi)部結(jié)構(gòu)形態(tài)和位置的電磁技術(shù)。

電磁波通過(guò)天線(xiàn)發(fā)射，遇到不同阻抗界面（如斷層、溶洞等）時(shí)，將產(chǎn)生反射，經(jīng)天線(xiàn)接收接收機(jī)利用分時(shí)采樣原理和數(shù)據(jù)組合方式，把天線(xiàn)接收的信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，主機(jī)系統(tǒng)再將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)化為模擬信號(hào)或彩色線(xiàn)跡信號(hào)，并以時(shí)間剖面的形式顯示它對(duì)斷層、巖脈、含水帶、巖溶洞穴等均有較好反映，探測(cè)距離一般為20米左右，且易受隧道洞內(nèi)機(jī)械、管線(xiàn)的干擾地質(zhì)雷達(dá)法被認(rèn)為是目前分辨率最高的地球物理方法，在超前地質(zhì)預(yù)報(bào)中主要是配合地震反射法（TSP法）使用試驗(yàn)表明，采用地質(zhì)雷達(dá)對(duì)隧底、邊墻、隧頂外圍巖的不良地質(zhì)探測(cè)效果最好，在超前平行導(dǎo)坑中應(yīng)用可對(duì)正洞起到超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的作用，③、HSP（水平聲波反射）法HSP(水平聲波法反射)法是向巖體中輻射一定頻率的聲波，當(dāng)聲波傳播路徑中存在兩種不同介質(zhì)界面時(shí)，聲波將發(fā)生折射、反射，頻譜特征發(fā)生變化，通過(guò)探測(cè)反射波信號(hào)，求得傳播特征后，便可了解前方的巖體特征HSP法是在隧道掌子面后兩側(cè)邊墻腳按一定間距（1～3m）各布置一排淺孔（6～12個(gè)），孔深1～3m，下傾20～40°一側(cè)淺孔采用電火花源進(jìn)行聲波發(fā)射；另一側(cè)淺孔中安設(shè)接收換能器，接收聲波發(fā)射源發(fā)射經(jīng)隧道底圍巖傳到的直達(dá)波和經(jīng)隧道掌子面前方界面（斷層、巖性分界面等）反射回來(lái)的聲波信號(hào)。

利用直達(dá)波速度和反射波走時(shí)計(jì)算確定隧道掌子面前方界面距掌子面的距離HSP法主要對(duì)斷層、巖層面、巖脈反映較好，可預(yù)報(bào)100m遠(yuǎn)HSP法還有其他變通布置方式，視具體探測(cè)的難易程度而有所變化探測(cè)工作在開(kāi)挖工作面裝炸藥的同時(shí)進(jìn)行，因而不占用開(kāi)挖工作面的工作時(shí)間上述布置方式由于其脫離了開(kāi)挖工作面，對(duì)施工干擾小，而且將發(fā)射源及接收換能器置于淺孔中，因而有以下明顯的優(yōu)點(diǎn)：1)、便于使發(fā)射波位于直達(dá)波、面波延續(xù)相位之外，因而反射波不易受直達(dá)波、面波干擾，記錄面貌清晰，提高了信噪比，同時(shí)反射波時(shí)域同相軸、頻域頻差“同相軸”明顯；2)、記錄的直達(dá)波、面波、側(cè)面波皆呈雙曲線(xiàn)形態(tài)，反射波形。