隧道不同工况的超前地质预报方法

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1 山岭隧道施工

山岭隧道正在朝"长、大、深"方向发展，由于其具体工程特点不同，所以采用的预报方法也不同。

1.1 工程特点

山岭隧道通常较长、埋深较大，在前期勘察期间由于受技术手段和现场条件所限（如：勘查较粗，且地面条件较差；地表植物较多，不利于许多方法探测；许多地球物理方法的纵向分辨率随着深度的增加而降低，且隧道开挖直径仅16m，埋深150m，纵向分辨率为90%），使地表探测的难度加大，前期勘察资料的准确度和可靠性就较差。

1.2 预报方法

山岭隧道应以掌子面超前地质预报为主，而长距离预报应以地震反射法中角度偏移法为主。其他电性方法，由于供电等原因，且探测距离较浅，可作为辅助方法。总则是"综合参数（波速+电阻率）、长短结合（地震反射法+电性方法）"。地震反射法有：TSP、VSP、HSP、TRT、USP等。电性方法有：GPR地质雷达、TEMT瞬变电磁法、BEAM激发极化法。钻孔方法有弹性波和电磁波CT。预报时可根据现场地质条件复杂情况选择使用。

2 地铁浅埋暗挖法和盾构法施工

地铁施工目前基本不做掌子面超前地质预报，但并不表明地铁施工不需要超前地质预报。因为目前国内大范围地铁施工仍在地表下20m以上施工，且地铁隧道前期勘察资料相对山岭隧道而言较为详细；另外，地铁所选线路基本都在原有城市道路下方，地铁所穿越的上方既有市政设施及既有构筑物基本已知；再者，地铁主要建设在大型城市市域内，而我国大多城市都建设在冲洪积平原上，土体隧道居多，当然也有岩质隧道和较为复杂的岩溶地区。虽然，地铁隧道远比山岭隧道地质情况简单，但是其修建于闹市区，对地层变形和既有设施的保护又远比山岭隧道难于控制。所以，地铁隧道对超前地质预报技术的需求是迫切的，技术要求更加精细，出现的问题也很多。现阶段不做掌子面前方预报，主要受预报技术和仪器设备所限。

2.1 工程特点

1）埋深相对较浅，地质情况相对简单，但变化较频繁，更注重对既有构筑物的保护；2）对盾构施工而言，更注重对大粒径（50cm以上）卵砾石分布和详细位置的探测与预报；3）对砂性土体则注重对空洞、水囊的探测；4）地下水对工程施工的影响很大，也是探测预报的重点。

2.2 预报方法

由于地铁施工埋深较浅，所以就国内现有技术而言，地铁前方预报方法应以地面方法为主（20m以上）、掌子面方法为辅。但是地面探测受各种干扰影响较大，如振动、电磁干扰等等，目前北京地铁开工前要进行地面雷达法空洞扫描探测，测线间距4m，探测深度基本在6m以上，而隧道实际开挖在10m以下，因此探测方法对隧道施工帮助不大。不过，利用较大震源的跨孔法探测也不失为一种好方法，但仍需要做进一步的试验和研究。常采用的地面探测方法有：GPR地质雷达、TEM瞬变电磁法、浅层地震法、高密度电阻率法、综合参数跨孔法等；隧道掌子面预报方法有：USP地震反射法、GPR地质雷达、TEMT瞬变电磁法、BEAM法等。使用哪种方法应结合具体地质条件和现场条件综合确定。

3 在盾构机及TBM上安装预报设备

在盾构机或TBM上安装超前地质预报设备，一直是机械开挖的目标和方向，但目前的盾构机和TBM基本上还没有这方面的设备。日本一些学者，做过一些SSP（Sonic Soft Ground Probing）声波前方预报的试验工作（见下图），但目前仍没有更深入的研究成果和更成熟的经验。

3.1 施工特点

盾构机和TBM推进舱的场地很小，且前方的刀盘转动要保持一定的前方压力，这对预报技术、方法和装置排列会带来一定的困难。对地震法而言，机械开挖的振动较大、影响也大；对电磁类方法而言，干扰电流和机器本身金属类感应影响较大，掌子面现场也很难排布和操作，这些都造成了探测上的困难。

3.2 预报方法

在盾构机和TBM上安装固定的装置进行超前地质预报无疑是一个好的方向，由于机械设备及各种电流的干扰，在设备上安装地震波反射法设备可能更为有效。笔者及所在团队正在尝试将干扰源作为激励源进行超前地质预报的研究。当然，利用角度偏移的地震反射法应为首选。但对敞开式盾构或TBM也可采用其他掌子面方法进行预报。

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