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摘要：隧道地质复杂、岩性多变，在众多风险源中，水文地质环境的不确定性与地质灾害（如地层软硬交替、地层空洞、断层破碎带和溶洞）所引发的风险占据隧道施工风险主要方面。采用洞内地质素描、地震波反射法、地质雷达法、超前水平钻探等综合预报方法，准确判断前山隧道范围内岩溶发育情况，保证了隧道施工安全且为优化工程设计提供地质依据，弥补了前期勘察工作的不足。
关键词：隧道;岩溶;地质预报
由于当前勘察技术、设备和人们认知、感知、预测能力的局限性，加之水文地质环境的不确定与地质灾害的复杂性，无法精确判定隧道洞身及范围内地质灾害位置及展布情况。因此，开展超前地质预报工作是应对水文地质条件不确定性，弥补勘察工作的不足、查明与预防地质灾害、规避隧道工程施工风险的有效手段。
本文以前山隧道灰岩段为例，通过运用综合地质预报方法[1]查明了隧道前方不良地质发育情况，弥补勘察阶段对隐伏地质灾害查明不清的问题[2-3]，为隧道的安全掘进及设计动态优化提供地质依据[4-5]。
1 工程概况
前山隧道起止里程为DK118+025～DK118+393.185，全长368.185m。地理位置位于黄山市黟县西递镇西递村村政府沿线东侧山体，山体表层植被发育，以杉树、低矮灌木、树和低矮杂草为主，地势较陡峭，山坡自然坡度25～45°。
2 地质条件
根据现场地质调绘成果，结合勘探资料，隧道表层为第四系全更新统残坡积土。下伏基岩主要为DK118+025～DK118+156.6炭质泥岩、DK118+156.6～DK118+180断层角砾、DK118+180～DK118+393.185条带状灰岩。
3 综合超前地质预报方法
3.1 掌子面地质素描
前山隧道从小里程向大里程开挖的地质素描见图1。开挖段范围内显示隧道穿越弱风化炭质泥岩、断层角砾、弱风化条带状灰岩（岩溶未发育）、弱风化条带状灰岩（岩溶微发育），岩体节理裂隙较发育，岩体较破碎，实际开挖异常位置与设计纵断面相比，断层位置有所偏差且断距较小，溶洞（面积≤0.1m2）未显示。
3.2 地震波反射法
为预报隧道开挖工作面前方地质情况，在掌子面DK118+100位置施作地震波反射法（简称TSP法）。现场实际激发24炮，记录地震数据23炮。地震记录反射波同相轴清晰，23道均工作且连续出现，质量检查记录与原始观测记录的同相轴有较好的重复性和波形相似性，综合判定此次采集的地震记录信号总体质量合格，TSP探测结果如图2所示。
根据探测结果：DK118+100～DK118+115.3，围岩以强化风炭质泥岩为主，局部存在弱风化岩体，岩体破碎，节理裂隙发育，地下水较发育，局部可能存在线状性流水。DK118+115.3～DK118+151.8，围岩以弱风化炭质泥岩为主，局部存在强风化岩体，节理裂隙发育，岩体破碎～较破碎，地下水较发育，以滴、渗水为主。DK118+151.8～DK118+161.7，围岩为弱风化炭质泥岩，节理裂隙较发育，岩体较破碎，地下水弱发育。DK118+161.7～DK118+184.5，围岩以弱风化炭质泥岩为主，局部夹杂强风化岩体，推测为断层破碎带，岩体较破碎，地下水较发育。DK118+184.5～DK118+220，围岩为弱风化条带状灰岩，DK118+200附近存在明显反射界面，局部可能存在溶洞，岩体较破碎，地下水弱发育。
3.3 地质雷达法
结合TSP预报成果和当前掌子面情况，在掌子面DK118+181.4位置进行地质雷达探测。预报范围DK118+181.4～ DK118+207.4，测线布置及成果图如图3所示。
根据探测结果：DK118+181.4～DK118+186.4，电磁波能量团分布较均匀，反射波同相轴较连续，0～2m范围内出现强反射波，推测受爆破松弛影响所致，推测该范围内围岩为弱风化条带状灰岩，节理裂隙较发育，岩体较破碎，地下水弱发育。DK118+186.4～DK118+190.4，电磁波能量团分布较杂乱且反射波同相轴较错断，推测该范围以弱风化条带状灰岩为主，局部存在溶洞，范围见异常A。DK118+190.4～DK118+203.4，电磁波能量团总体较均匀且波形均匀，局部出现强反射界面，推测为岩溶，范围见异常B。DK118+203.4～DK118+207.4，电磁波能量团分布杂乱且波形也杂乱，反射波同相轴错断，推测该范围内存在大面积岩溶，建议进行钻探验证。
3.4 超前水平钻探法
根据地质雷达成果建议和当前掌子面DK118+181.4地质情况，布置超前水平钻2孔，两孔的钻孔偏角和钻孔竖直角均为0°，孔深均为26m。
ZK01显示：DK118+181.4～DK118+193.4为弱风化条带状灰岩，地下水弱发育;DK118+193.4～DK118+194.4为溶洞，填充物为黄褐色黏土;DK118+194.4～DK118+203.4为弱风化条带状灰岩，地下水弱发育;DK118+203.4～DK118+205.4为溶洞，填充物为黄褐色黏土;DK118+205.4～DK118+207.4为弱风化条带状灰岩，地下水弱发育。
ZK02显示：DK118+181.4～DK118+187.4为弱风化条带状灰岩，地下水弱发育;DK118+187.4～DK118+190.4为溶洞，填充物为黄褐色黏土;DK118+190.4～DK118+203.4为弱風化条带状灰岩，地下水弱发育;DK118+203.4～DK118+205.4为溶洞，填充物为黄褐色黏土;DK118+205.4～DK118+207.4为弱风化条带状灰岩，地下水弱发育。
4 综合地质预报结论及实际揭示情况
4.1 综合地质预报结论 综合各种地质预报方法，预报结论如下：
（1）DK118+181.4～DK118+203.4主要为弱风化条带状灰岩，地下水弱发育;其中隧道左侧DK118+193.4～DK118+194.4与隧道中心DK118+187.4～DK118+190.4为溶洞，填充物为黄褐色黏土;
（2）DK118+203.4～DK118+205.4为溶洞，填充物为黄褐色黏土;
（3）DK118+205.4～DK118+207.4为弱风化条带状灰岩，地下水弱发育。
建议：严格控制开挖进尺，开挖前做好超前支护措施，开挖后注意及时排险并做好初期支护，尤其注意岩溶发育位置（DK118+193.4～DK118+194.4、DK118+187.4～DK118+190.4和DK118+203.4～DK118+205.4），根据既有预报资料综合判断前方围岩实际情况并及时调整到适当的支护措施。
4.2 实际开挖揭示情况
（1）DK118+181.4～DK118+203.4主要为弱风化条带状灰岩，节理裂隙较发育，岩体较破碎，地下水弱发育;隧道左侧DK118+193.4～DK118+193.9与隧道中心DK118+187.4～DK118+188.6为溶洞，填充物为黄褐色黏土，溶洞大小约0.5m*0.5m;
（2）DK118+203.4～DK118+205.4为溶洞，填充物为黄褐色黏土，上台阶掌子面溶洞占60%;
（3）DK118+205.4～DK118+207.4为弱风化条带状灰岩，节理裂隙弱发育，岩体较完整，地下水弱发育。
5 结论及展望
（1）运用综合地质预报方法精准预测了前山隧道范围内的岩溶发育位置、分布及填充物性质;
（2）物探法中的地震波反射法适合判别规模较大的溶洞、断层破碎带，精度相对较低，但是探测距远，地质雷达法精度较高，但探测距离短。两者均需结合既有地质资料和现场地质情况联合解译，总体而言，基本可准确判定前方不良地质体;
（3）有目的综合选择各种预报方法，不仅可精准探测前方不良地质情况，为隧道安全掘进保驾护航，而且可动态调整施工工艺进而达到最佳经济利益。
参考文献
[1] 何发亮，李苍松，李术才，等.隧道施工地质超前地质预报工作方法[J].岩土力学，2006，27（S1）：270-274.
[2] 军羡安，于远祥，郑志勇.超前地质灾害预报在桃花铺二号隧道施工中的应用[J].地下空间与工程学报，2004，24（1）：33-35.
[3] 智刚.TSP超前地质预报结果准确性的影响因素分析[J].路基工程，2015，（5）：139-143.
[4] 舒森，王光权，王亮，牟元存，王树栋. TSP203超前地质预报系统在岩溶地区隧道中的应用[J].工程地球物理学报，2009（05）： 588-591.
[5] 周黎明，刘天佑，刘江平，肖国强.复杂铁路隧道施工地質超前预报中TSP探测技术应用研究[J].铁道工程学报. 2008（01）：37-40.
中铁上海设计院集团有限公司 上海 200070
关键词：隧道;岩溶;地质预报
由于当前勘察技术、设备和人们认知、感知、预测能力的局限性，加之水文地质环境的不确定与地质灾害的复杂性，无法精确判定隧道洞身及范围内地质灾害位置及展布情况。因此，开展超前地质预报工作是应对水文地质条件不确定性，弥补勘察工作的不足、查明与预防地质灾害、规避隧道工程施工风险的有效手段。
本文以前山隧道灰岩段为例，通过运用综合地质预报方法[1]查明了隧道前方不良地质发育情况，弥补勘察阶段对隐伏地质灾害查明不清的问题[2-3]，为隧道的安全掘进及设计动态优化提供地质依据[4-5]。
1 工程概况
前山隧道起止里程为DK118+025～DK118+393.185，全长368.185m。地理位置位于黄山市黟县西递镇西递村村政府沿线东侧山体，山体表层植被发育，以杉树、低矮灌木、树和低矮杂草为主，地势较陡峭，山坡自然坡度25～45°。
2 地质条件
根据现场地质调绘成果，结合勘探资料，隧道表层为第四系全更新统残坡积土。下伏基岩主要为DK118+025～DK118+156.6炭质泥岩、DK118+156.6～DK118+180断层角砾、DK118+180～DK118+393.185条带状灰岩。
3 综合超前地质预报方法
3.1 掌子面地质素描
前山隧道从小里程向大里程开挖的地质素描见图1。开挖段范围内显示隧道穿越弱风化炭质泥岩、断层角砾、弱风化条带状灰岩（岩溶未发育）、弱风化条带状灰岩（岩溶微发育），岩体节理裂隙较发育，岩体较破碎，实际开挖异常位置与设计纵断面相比，断层位置有所偏差且断距较小，溶洞（面积≤0.1m2）未显示。
3.2 地震波反射法
为预报隧道开挖工作面前方地质情况，在掌子面DK118+100位置施作地震波反射法（简称TSP法）。现场实际激发24炮，记录地震数据23炮。地震记录反射波同相轴清晰，23道均工作且连续出现，质量检查记录与原始观测记录的同相轴有较好的重复性和波形相似性，综合判定此次采集的地震记录信号总体质量合格，TSP探测结果如图2所示。
根据探测结果：DK118+100～DK118+115.3，围岩以强化风炭质泥岩为主，局部存在弱风化岩体，岩体破碎，节理裂隙发育，地下水较发育，局部可能存在线状性流水。DK118+115.3～DK118+151.8，围岩以弱风化炭质泥岩为主，局部存在强风化岩体，节理裂隙发育，岩体破碎～较破碎，地下水较发育，以滴、渗水为主。DK118+151.8～DK118+161.7，围岩为弱风化炭质泥岩，节理裂隙较发育，岩体较破碎，地下水弱发育。DK118+161.7～DK118+184.5，围岩以弱风化炭质泥岩为主，局部夹杂强风化岩体，推测为断层破碎带，岩体较破碎，地下水较发育。DK118+184.5～DK118+220，围岩为弱风化条带状灰岩，DK118+200附近存在明显反射界面，局部可能存在溶洞，岩体较破碎，地下水弱发育。
3.3 地质雷达法
结合TSP预报成果和当前掌子面情况，在掌子面DK118+181.4位置进行地质雷达探测。预报范围DK118+181.4～ DK118+207.4，测线布置及成果图如图3所示。
根据探测结果：DK118+181.4～DK118+186.4，电磁波能量团分布较均匀，反射波同相轴较连续，0～2m范围内出现强反射波，推测受爆破松弛影响所致，推测该范围内围岩为弱风化条带状灰岩，节理裂隙较发育，岩体较破碎，地下水弱发育。DK118+186.4～DK118+190.4，电磁波能量团分布较杂乱且反射波同相轴较错断，推测该范围以弱风化条带状灰岩为主，局部存在溶洞，范围见异常A。DK118+190.4～DK118+203.4，电磁波能量团总体较均匀且波形均匀，局部出现强反射界面，推测为岩溶，范围见异常B。DK118+203.4～DK118+207.4，电磁波能量团分布杂乱且波形也杂乱，反射波同相轴错断，推测该范围内存在大面积岩溶，建议进行钻探验证。
3.4 超前水平钻探法
根据地质雷达成果建议和当前掌子面DK118+181.4地质情况，布置超前水平钻2孔，两孔的钻孔偏角和钻孔竖直角均为0°，孔深均为26m。
ZK01显示：DK118+181.4～DK118+193.4为弱风化条带状灰岩，地下水弱发育;DK118+193.4～DK118+194.4为溶洞，填充物为黄褐色黏土;DK118+194.4～DK118+203.4为弱风化条带状灰岩，地下水弱发育;DK118+203.4～DK118+205.4为溶洞，填充物为黄褐色黏土;DK118+205.4～DK118+207.4为弱风化条带状灰岩，地下水弱发育。
ZK02显示：DK118+181.4～DK118+187.4为弱风化条带状灰岩，地下水弱发育;DK118+187.4～DK118+190.4为溶洞，填充物为黄褐色黏土;DK118+190.4～DK118+203.4为弱風化条带状灰岩，地下水弱发育;DK118+203.4～DK118+205.4为溶洞，填充物为黄褐色黏土;DK118+205.4～DK118+207.4为弱风化条带状灰岩，地下水弱发育。
4 综合地质预报结论及实际揭示情况
4.1 综合地质预报结论 综合各种地质预报方法，预报结论如下：
（1）DK118+181.4～DK118+203.4主要为弱风化条带状灰岩，地下水弱发育;其中隧道左侧DK118+193.4～DK118+194.4与隧道中心DK118+187.4～DK118+190.4为溶洞，填充物为黄褐色黏土;
（2）DK118+203.4～DK118+205.4为溶洞，填充物为黄褐色黏土;
（3）DK118+205.4～DK118+207.4为弱风化条带状灰岩，地下水弱发育。
建议：严格控制开挖进尺，开挖前做好超前支护措施，开挖后注意及时排险并做好初期支护，尤其注意岩溶发育位置（DK118+193.4～DK118+194.4、DK118+187.4～DK118+190.4和DK118+203.4～DK118+205.4），根据既有预报资料综合判断前方围岩实际情况并及时调整到适当的支护措施。
4.2 实际开挖揭示情况
（1）DK118+181.4～DK118+203.4主要为弱风化条带状灰岩，节理裂隙较发育，岩体较破碎，地下水弱发育;隧道左侧DK118+193.4～DK118+193.9与隧道中心DK118+187.4～DK118+188.6为溶洞，填充物为黄褐色黏土，溶洞大小约0.5m*0.5m;
（2）DK118+203.4～DK118+205.4为溶洞，填充物为黄褐色黏土，上台阶掌子面溶洞占60%;
（3）DK118+205.4～DK118+207.4为弱风化条带状灰岩，节理裂隙弱发育，岩体较完整，地下水弱发育。
5 结论及展望
（1）运用综合地质预报方法精准预测了前山隧道范围内的岩溶发育位置、分布及填充物性质;
（2）物探法中的地震波反射法适合判别规模较大的溶洞、断层破碎带，精度相对较低，但是探测距远，地质雷达法精度较高，但探测距离短。两者均需结合既有地质资料和现场地质情况联合解译，总体而言，基本可准确判定前方不良地质体;
（3）有目的综合选择各种预报方法，不仅可精准探测前方不良地质情况，为隧道安全掘进保驾护航，而且可动态调整施工工艺进而达到最佳经济利益。
参考文献
[1] 何发亮，李苍松，李术才，等.隧道施工地质超前地质预报工作方法[J].岩土力学，2006，27（S1）：270-274.
[2] 军羡安，于远祥，郑志勇.超前地质灾害预报在桃花铺二号隧道施工中的应用[J].地下空间与工程学报，2004，24（1）：33-35.
[3] 智刚.TSP超前地质预报结果准确性的影响因素分析[J].路基工程，2015，（5）：139-143.
[4] 舒森，王光权，王亮，牟元存，王树栋. TSP203超前地质预报系统在岩溶地区隧道中的应用[J].工程地球物理学报，2009（05）： 588-591.
[5] 周黎明，刘天佑，刘江平，肖国强.复杂铁路隧道施工地質超前预报中TSP探测技术应用研究[J].铁道工程学报. 2008（01）：37-40.
中铁上海设计院集团有限公司 上海 200070