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隧道超前地質(zhì)預報技術(shù)是隧道施工過程中必不可少的重要環(huán)節(jié)，對于防治隧道施工過程中的地質(zhì)災害、實現(xiàn)生產(chǎn)安全、提高施工的綜合效益具有重要的意義和作用。本文首先對隧道施工超前地質(zhì)預報技術(shù)的應用現(xiàn)狀進行了深入分析，包括地質(zhì)分析法、物探法當中的TSP法和地質(zhì)雷達法，然后對上述幾項地質(zhì)預報技術(shù)的應用優(yōu)勢及應用不足等使用現(xiàn)狀情況進行了探討，最后對隧道施工超前地質(zhì)預報技術(shù)未來的技術(shù)、需求、壓力等發(fā)展趨勢進行了展望，以期對本領(lǐng)域相關(guān)研究提供一定的參考。
　　關(guān)鍵詞：隧道超前地質(zhì)預報技術(shù);TSP法;地質(zhì)雷達;應用現(xiàn)狀;發(fā)展趨勢
　　1 引言
　　隨著國民經(jīng)濟迅速發(fā)展，我國的交通網(wǎng)絡(luò)建設(shè)正在不斷完善，全新的公路、鐵路交通網(wǎng)線正在朝著西部等偏遠山區(qū)不斷延伸。各種類型的隧道(洞)在交通網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中地位愈來愈顯示出重要作用。據(jù)預測，我國將在近幾十年內(nèi)完成鐵路交通、公路交通以及水利水電、能源礦山、市政工程等領(lǐng)域大量隧道(洞)工程的修建，我國將成為世界上隧道修建規(guī)模最大、難度最高的國家。
　　近年來我國的山嶺深大隧道及跨海隧道等高難度隧道工程不斷涌現(xiàn)，對工程地質(zhì)勘察工作的要求也不斷加大。然而，由于施工區(qū)域復雜多變的地質(zhì)條件以及現(xiàn)有地質(zhì)勘探手段的局限性，無法及時、精準地揭示隱蔽于隧道沿線的諸如節(jié)理、斷層、溶洞、破碎巖體等不良地質(zhì)體，這成為隧道施工過程中出現(xiàn)塌方、突水等地質(zhì)災害的重大誘因。
　　為了及時、有效地掌握隧道施工期間掌子面前方的地質(zhì)情況，以減少或杜絕施工過程中的地質(zhì)災害、實現(xiàn)生產(chǎn)安全，就必須做好隧道施工過程中超前地質(zhì)預報的相關(guān)工作。如在貴州省赤望高速公路白臘坎至黔西段第六合同段中，因為采用了合理的隧道施工超前地質(zhì)預報，最終極大地減少了安全事故的發(fā)生，有效提高了隧道工程的綜合效益[1]。本文在前人研究的基礎(chǔ)之上，對隧道超前地質(zhì)預報技術(shù)應用現(xiàn)狀進行了深入的分析，并對其未來發(fā)展過程中的問題和趨勢進行了探討，為超前地質(zhì)預報技術(shù)的綜合研究提供了參考。
　　2.隧道超前地質(zhì)預報技術(shù)的應用現(xiàn)狀
　　2.1 地質(zhì)分析法
　　地質(zhì)分析法是目前隧道施工中最基本、應用最廣泛的超前地質(zhì)預報技術(shù)方法，其主要是根據(jù)掌子面、隧洞及區(qū)域地表條件的地質(zhì)調(diào)查結(jié)果進行超前預報。通過地質(zhì)分析法能夠判斷施工所在區(qū)域地質(zhì)情況，劃分風險等級，重點辨識高風險區(qū)域，同時，還可以通過對隧道掌子面前方的不良地質(zhì)現(xiàn)象進行預測勘察，依照預測可能出現(xiàn)的類型、規(guī)模、部位，在隧道施工前制定出相應的超前地質(zhì)預報方案，確保施工過程中選用工藝與措施的科學合理性，降低事故發(fā)生率。改預報方法主要針對于埋深較淺、地質(zhì)構(gòu)造不太復雜的地質(zhì)，準確度高，不適合在深埋隧道以及地質(zhì)構(gòu)造復雜多變地區(qū)采用，因為，無法保障預測準確性，并且該方法開展工作難度較大[2]。
　　2.2 物探法
　　物探法是根據(jù)隧道工程巖土體不同的物理特點，采用不同的探測方式和探測儀器對隧道內(nèi)部進行地球物理變化的探測，該方法是一種間接測試的方式。由于物探法對于隧道掌子面的施工不會造成影響，并且也不會破壞地質(zhì)，所以該方法在近些年得到了快速發(fā)展。
　　物探法主要有包括以下兩種方法：
　　TSP法。該方法始創(chuàng)于20世紀90年代末，是由瑞士安伯格測量技術(shù)公司所研發(fā)的一套超前預報系統(tǒng)。TSP(隧道地震勘探)屬于多波多分量探測技術(shù)，其主要通過利用地震波在不均勻地質(zhì)體中產(chǎn)生的反射波特性原理，檢測出掌子面前方巖性的變化，起到對隧道掌子面前方及周圍臨近區(qū)域地質(zhì)情況進行預測。TSP法主要應用于100-200米中、長距離超前地質(zhì)探測預報中，其應用優(yōu)勢主要有探測距離遠、抗干擾性強以及分辨率高等。目前已經(jīng)成功地在法國、日本等多個國家的公路和鐵路隧道、輸水隧洞等進行了千余次卓有成效的地質(zhì)超前預報工作，同時，TSP法也獲得了我國隧道工程技術(shù)人員的一致認同，在國內(nèi)得到了快速發(fā)展并被成功地應用于公路和鐵路隧道工程中。
　　(2)地質(zhì)雷達法。地質(zhì)雷達法是利用隧道前方巖石介質(zhì)界面的電磁特性差異而產(chǎn)生的電磁反射波進行隧道超前預報，其發(fā)射的是高頻的電磁脈沖，在復雜的地質(zhì)環(huán)境下，電磁波的衰減很快。在巖性較好情況下該方法一般能夠探測開挖面前方10～30 m范圍內(nèi)及隧道周圍的地質(zhì)狀況。該方法具有成本低、使用簡單，可操作性強等優(yōu)勢[3]。
　　3.隧道超前地質(zhì)預報技術(shù)的發(fā)展趨勢
　　從超前探測技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀來看，技術(shù)本身仍存在諸多難題亟待突破，尤其是如何綜合應用多種全新的探測技術(shù)和方式以滿足深大山嶺隧道和跨海隧道等工程的施工安全需要。因此，未來隧道超前地質(zhì)預報技術(shù)發(fā)展所面臨的形勢、需求及壓力均非常緊迫[4]。
　　3.1 綜合應用多種探測技術(shù)
　　單一超前地質(zhì)預報方法的準確度并不完全可靠，目前還沒有哪種預報方法能對所有地質(zhì)缺陷都做出準確預報。只有將多種超前預報技術(shù)進行結(jié)合，取長補短、互為驗證，互為補充，才能夠?qū)崿F(xiàn)降低多解性、提高探測可靠性的目的。筆者認為可以將地質(zhì)分析法、地質(zhì)雷達與TSP法三種超前地質(zhì)預報技術(shù)相結(jié)合，以TSP法為主要方法，以地質(zhì)分析法和地質(zhì)雷達法為輔助方法，建立系統(tǒng)立體的綜合超前預報方法。
　　3.2定量化超前預報技術(shù)
　　鉆爆法是隧道施工過程中一種重要有效的施工方法，目前鉆爆法施工隧道超前地質(zhì)預報技術(shù)已經(jīng)趨于成熟，未來發(fā)展的方向在于怎樣實現(xiàn)定量化超前預報。定量化超前預報是指利用先進的定向激發(fā)探測方式，對施工區(qū)域各種復雜的地質(zhì)環(huán)境實現(xiàn)精確地質(zhì)數(shù)據(jù)的定量化分析和提示。實現(xiàn)定量化超前預報的核心和關(guān)鍵在于創(chuàng)新探水定量這一難題。在定量化探水方面，僅有核磁共振法和激發(fā)極化法這兩種物探方法被證明對水量有較敏感的響應[4]，但是隧道內(nèi)利用核磁共振和激發(fā)極化進行最后的定量探水目前處于起步階段，也就是最多半定量估算的水平，未來還需要開展大量的室內(nèi)和現(xiàn)場測試來查明具體地質(zhì)條件下兩者與水量的內(nèi)在關(guān)系，以研發(fā)出真正切實有效的定量探水方法，實現(xiàn)對地質(zhì)情況的精準預報。
　　3.3 TBM施工隧道超前地質(zhì)預報技術(shù)
　　TBM法是歐美、日本等發(fā)達國家廣泛采用的一種隧道施工方法，我國也在逐漸接受和推廣。TBM法的地層適應性差，對超前地質(zhì)預報的安全性和適應性要求較高，需要根據(jù)隧道掌子面的具體特點，判斷掌子面的水體情況，綜合應用兩到三種超前地質(zhì)預報技術(shù)，以長、中、短距離相互搭配，優(yōu)勢互補，降低多解性為原則進行預報，此外，利用掘進機破巖震動激發(fā)的被動源地震波法可實時探測反饋前方的地質(zhì)情況，具有很好的前景;將觀測系統(tǒng)通過利用多同性源屏蔽聚焦激發(fā)極化技術(shù)可以布置在掌子面上，有效的縮小了占用空間，在TBM應用中，也據(jù)用較好的前景。在定量估算水量過程中，激發(fā)極化技術(shù)的應用是很好的可行方法，必要時可將單孔定向雷達裝配 TBM 機械上[4]。與此同時，地球物理儀器的搭載技術(shù)是TBM的一個特殊的需求，在未來的技術(shù)研究中，相關(guān)技術(shù)人員將把如何實現(xiàn)超前地質(zhì)預報儀器與TBM 機械的一體化搭載和自動化快速測量最為極力解決的重要問題[4]。
　　3.4 隨鉆或鉆孔精細超前探測技術(shù)
　　通常來說，鉆孔地球物理技術(shù)能夠科學地探明隧道掌子面中的含水量情況，并為是否會影響隧道工程的施工質(zhì)量提供參考。隨鉆或鉆孔精細超前探測技術(shù)的分辨率越高，結(jié)構(gòu)面的成像越好。在進行隧道施工前，通過對隨鉆或鉆孔精細超前探測技術(shù)的科學合理運用，實現(xiàn)超前地質(zhì)預報中對隧道內(nèi)部結(jié)構(gòu)特點的更好了解，從而起到降低地質(zhì)災害的發(fā)生。
　　此外，隨著我國科學技術(shù)研究人員對探測技術(shù)的不斷研究與探討，已研發(fā)了跨孔地質(zhì)雷達、跨孔彈性波等跨孔成像探測技術(shù)，研究成效有所進展，但是，在未來的研中，需要加大對提高空間分辨率技術(shù)方面的提升。在充分考慮探測效率因素上，更重視對單孔探測技術(shù)的應用。當前，在隧道超前探測中，單孔地質(zhì)雷達成為唯一可用的單孔探測技術(shù)，其探測半徑較大，且具有隨鉆探測的可能性[4]。但由于電磁波傳播的全方向性，目前單孔雷達無法測定目標體的方位角，單孔雷達定向探測理論和技術(shù)是今后研究的重點之一。
　　4.結(jié)語
　　筆者在總結(jié)前人已有研究成果的基礎(chǔ)上，結(jié)合自身參與的工程實踐以及開展的相關(guān)調(diào)研，對隧道超前地質(zhì)預報技術(shù)的應用現(xiàn)狀進行了深入分析，并展望了該技術(shù)未來的發(fā)展趨勢。對于該領(lǐng)域的研究者和應用者來說，應立足當前，放眼未來，充分厘清具體隧道工程的結(jié)構(gòu)特點，探討采用合理的探測技術(shù)，力求不斷提高探測結(jié)果的準確性，使超前地質(zhì)預報能夠為隧道工程施工提供良好的服務(wù)，以此不斷推動我國隧道工程更好的發(fā)展。