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超前地质预报工作在隧道施工中研究郭明俊

发表时间：2021/5/13 来源：《城市建设》2021年4月作者：郭明俊

[导读] 隧道先进的地质预报技术是隧道施工过程中必不可少的重要环节，对于预防和控制隧道施工过程中的地质灾害，实现安全生产，提高施工综合效益具有十分重要的作用。本文首先分析了地球物理方法中地质分析法、TSP法、地埋雷达法等先进地质预报技术在隧道施工中的应用现状，然后深入分析了上述应用优势和非应用现状。为该领域的相关研究提供具体的参考资料，对隧道建设先进地质预测技术的未来技术需求、压力等发展趋势进行预测。

中铁二十五局集团第五工程有限公司郭明俊

摘要隧道先进的地质预报技术是隧道施工过程中必不可少的重要环节，对于预防和控制隧道施工过程中的地质灾害，实现安全生产，提高施工综合效益具有十分重要的作用。本文首先分析了地球物理方法中地质分析法、TSP法、地埋雷达法等先进地质预报技术在隧道施工中的应用现状，然后深入分析了上述应用优势和非应用现状。为该领域的相关研究提供具体的参考资料，对隧道建设先进地质预测技术的未来技术需求、压力等发展趋势进行预测。
关键词：隧道先进地质预报技术； TSP法；地质雷达；应用现状；发展趋势
        引言
        随着国民经济的快速发展，我国交通运输网络的建设在不断完善，新的公路和铁路运输网络也在不断向西部偏远山区扩展。不同类型的隧道在建立运输网络中起着越来越重要的作用。预计近几十年来，我国将在铁路运输、公路运输、水资源管理、水力发电、能源开采和城市工程等多个领域完成隧道的建设。近来，高难度的隧道工程，例如我国的深层和大型山区隧道和海底隧道，正在不断出现，对工程地质勘察工作的要求也在不断增加。但是，由于施工区地质条件的变化和变化以及现有地质勘探方法的局限性，不可能及时准确地识别出不良的地质体，例如节理、断层、溶洞和碎石，造成在隧道施工过程中发生了诸如滑坡和泥水流入等地质灾害。在修建隧道时，必须事先做好工作，及时有效地掌握隧道前方的地质情况，减少或消除施工过程中的地质灾害，确保生产安全。
        一、隧道超前地质预报技术简述
        （1）超前地质预报技术概念
        超前地质预报分析是隧道施工中最基础，应用最广泛的最新地质预测技术，主要是根据隧道表层、隧道和局部地表条件的地质调查结果进行海拔高度预测。地质分析方法可以集中在判断施工区的地质情况，对危险等级进行分类，识别高风险区，同时可以预测和调查前方的不良影响。为了保证隧道施工过程中所选择技术和措施的科学合理性，有必要建立相应的先进地质预报方案，降低隧道施工前的事故发生率。通过这种预报，可以针对于埋深较浅、地质构造不太复杂的地质，测量的准确性较高；不适合在深层隧道以及地质结构复杂多变的地区使用，预测的准确性较低，而且工作难度过高。
        （2）超前地质预报技术主要使用的物探法简述
        物探法是基于隧道工程中岩石和土壤的不同物理特性，并使用不同的检测方法和检测设备来检测隧道内部的地球物理变化，这是一种间接测试方法。由于地球物理方法不会影响隧道工作面的施工并且不会破坏地质，因此近年来该方法得到了迅速发展。在物探法中经常使用以下两种方法：
        第一，TSP法。该方法在上世纪九十年代后期，是由瑞士Amberg测量技术公司开发的一套先进的预测系统。TSP（隧道地震勘探）是一种多波多分量检测技术，利用反射波特征原理检测隧道前岩石的变化，该反射波特征主要是由不均匀地质体产生的地震波对周边地区的地质条件进行测量。TSP法主要用于100至200米的中远距离地质勘探和预测，其应用优势主要是检测距离、抗干扰能力强、分辨率高。目前，在法国、日本和其他国家的公路和铁路隧道、水路隧道等中，已经成功进行了次有效的地质超前预测，同时，我国的隧道也使用了TSP方法，在我国迅速发展，拥有专业的工程技术人员，并已成功用于公路和铁路隧道工程。
        第二，地质雷达法。地质雷达方法使用由隧道前方岩体界面的电磁特性差异产生的电磁波执行隧道前向预测，并发出高频电磁脉冲。电磁波在复杂的地质环境中会迅速衰减。对于良好的岩石学，此方法通常能够在开挖前和隧道周围10-30m内检测地质条件。该方法具有成本低，易于使用和可操作性强的优点。
        二、隧道超前地质预报技术发展趋势
        从超前地质预报技术的发展角度来看，该技术本身仍然有许多亟待解决的问题。特别是，为了满足深山隧道和近海隧道的施工安全需要，综合运用各种新的检测技术和方法的方法。

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因此，未来隧道的先进地质预测技术的发展面临严峻的形势，必须不断进行提升。
        （1）多重检测技术的综合应用
        单一的隧道超前地质预报方法的准确性是不完全可靠的，并且目前还没有可以准确预测所有地质预报的方法。结合各种先进的预测技术，相互补充、验证，可以减少歧义并提高检测的可靠性。以TSP地质分析法为主，以地面穿透雷达法为辅的主要方法，可以构造出地质分析、地面穿透雷达、TSP法等三种先进的地质预测技术方法。形成系统的三维综合高级预测方法。
        （2）先进的定量预测技术
        爆破法是隧道施工过程中重要而有效的施工方法。目前，钻爆隧道施工的先进地质预报技术已经成熟。未来的发展方向在于如何实现定量的高度预报。定量预测是指使用先进的定向激励检测方法来对建筑区域中各种复杂地质环境的准确地质数据进行迅速和定量的分析。实现高级定量预测的关键在于创新的水勘探定量化的难题。就水的定量地球化学勘探而言，有两种物探方法，即核磁共振和感应极化，已被证明对水的体积更为敏感。但是，核磁共振和感应极化被用于最终的定量探索。水目前处于起步阶段，充其量只能达到半定量估算的水平。需要进行大量的室内和现场测试，以找出两者之间的内部关系。在一定的地质条件下开发出真正有效的定量水检测方法，实现对地质条件的准确预测。
        （3）TBM施工隧道的先进地质预报技术
        TBM方法在欧洲、美国和日本的先进国家中广泛使用的隧道方法，并且正逐渐被我国接受和普及，TBM法地层适应性低，对隧道地质预报的安全性和适应性要求高，有必要根据隧道地表的具体特点判断隧道地表水水质状况，并综合应用多个地质预测技术，长、中、短距离要相互匹配。在估算水量的过程中，应用引导极化技术是一个非常好的主意，并且可以根据需要将TBM机器安装在单孔定向雷达上。同时，物探设备的安装技术是TBM的特殊要求，在未来的技术研究中，相关技术人员将知道如何实现先进的地质预测设备与TBM机的集成，以及自动快速测量，这是要解决的最重要的问题。
        （4）钻孔过程中的精密先进检测技术
        通常，钻孔物理技术可以科学地检测隧道表面的水分含量，并为是否会影响隧道工程的施工质量提供依据。在钻孔或钻孔过程中，先进的精密检测技术的分辨率越高，结构表面的成像效果就越好。在隧道施工之前，可以科学合理地运用钻探或钻探过程中的精密先进检测技术，以更好地了解隧道内部结构在超前地质预报中的特征，从而减少地质灾害的发生。
        另外，由于中国科学技术研究院对检测技术的不断研究和讨论，开发了跨孔地质雷达、跨孔地震波等跨孔图像检测技术，研究成果正在进步。但是，在将来的研究中，需要改进技术以提高空间分辨率。在充分考虑检测效率因素的情况下，单孔检测技术的应用更加受到关注。在当前的隧道预探测中，单孔地质雷达已成为唯一具有较大探测半径和在钻井过程中探测潜力的单孔探测技术。然而，由于电磁波传播的全向性，当前的单孔雷达无法测量目标的方位角，单孔雷达方向检测的理论和技术是未来研究的重点之一。
        结语
        隧道施工面临相对复杂的地质环境，隧道施工过程存在一定的施工风险。为了降低施工风险，确保施工安全，需要对隧道施工和施工的地质条件进行初步预测，调查场地的地质状况，预测施工过程中可能出现的地质问题，并提供施工建议。通过对隧道高空地质预报技术的应用现状进行深入分析，探讨了该技术的未来发展趋势。相应的研究人员和用户应立足现在，展望未来，充分弄清隧道项目的结构特征，探索使用合理的检测技术，并努力不断提高检测结果的准确性，不断促进我国隧道工程的更好发展。
参考文献
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