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摘要：随着我国基础设施建设的高速发展和西部大开发的不断推进，大量深埋长大隧道工程纷纷上马，遇到的地质条件也越来越复杂。因此，在长大铁路隧道建设中进行系统的地质预报，不仅具有现实的工程意义而且具有很强的理论价值。
关键词：长大隧道施工 地质预报
中图分类号：U455文献标识码： A
前言：
本文紧密结合向莆铁路戴云山隧道工程的实践，以地质分析为主线，对长大铁路隧道施工地质的预测预报等几个关键技术问题进行较为系统的研究，初步建立了一套长大铁路隧道地质预报的技术方法体系。
一、长大铁路隧道地质预测预报方法
长大隧道预测预报主要包括地层岩性、褶皱、断层、岩脉、破碎带、长大节理、地下水状况、地应力状况、岩性和围岩类别等。目前，隧道地质预报的方法分为地质分析法、现场测试法、地球物理方法和数值模拟法。
1、地质分析预测法
1）工程地质调查法
工程地质调查法是隧道地质预报中使用最早的方法。该方法是通过调查与分析地表和隧道内的工程地质条件，了解隧道所处地段的地质结构特征，推断前方的地质情况。其调查的内容包括地层与岩性的产出特征、断裂构造与节理的发育规律、岩溶带发育的部位、走向、形态等，预测隧道掌子面前方的不良地质体可能的类型、出露部位、规模大小等，以便隧道施工中采取合理的工艺与措施，避免事故。这种预报方法在隧道埋深较浅、构造不太复杂的情况下有很高的准确性，但是在构造比较复杂地区和隧道深埋较大的情况下，该方法工作难度较大，准确性较差,这种方法目前仍在使用。
2）超前导洞(坑)法
超前导洞(坑)法包括超前平行导洞(坑)法和超前正洞导洞(坑)法。超前平行导坑法是在与隧道正洞轴线相距一定距离的位置，平行于隧道正洞开挖一导洞(坑)，以探明隧道正洞的地质条件并兼做他用。利用该方法预测正洞地质条件非常直观，准确率也比较高，是我国隧道工程中常用的一种预报方法.
3)超前水平钻孔法
超前水平钻孔法与超前导洞(坑)法的原理基本相同，是用钻探设备向掌子面前方钻探，从而直接揭示隧道掌子面前方地层岩性、构造、地下水、岩溶洞穴充填物及其性质、岩石(体)的可钻性、岩体完整程度等资料，还可通过岩芯试验获得岩石强度等定量指标，是最直接有效的地质超前预报方法，但一次钻探距离短，费用高且占用施工时间长.
2、现场测试法
1)钻速测试
该法是让钻机在钻进过程中保持压力不变，测试钻进速度，根据钻进速度的不同来确定软弱层的位置。该方法设备简单、操作简单、不占开挖时间，但因在硬岩破碎带中钻速变化不大，预测效果不佳。
2)压水试验
该法是通过现场压水试验来测定岩体的单位吸水量，从而了解岩体的破碎情况和裂隙的充填情况。优点是所需设备简单、操作方便，缺点是测试时间较长。
3、地球物理方法
1)声波法
声波法是利用声波在岩石中的传播规律来判别岩石性质的一种方法。声波法占有的施工时间短，但预报距离受孔深限制，一般小于15m
2)电测法
電测法是根据岩石与电阻的关系来推断其性质的一种方法，可以分为电位法和电阻率法。电测法简便、成本低，但必须是以各层间电阻值有一定的差别为前提。
3)地质雷达探测法
地质雷达(Ground Penetrating Radar，简称GPR)是利用无线电波检测地下介质分布和对不可见目标或地下界面进行扫描。
4、数值模拟法
1)地应力场的数值模拟预测法
在隧道施工中，为了对隧道整体原始地应力状态以及二次应力场的发育分布规律进行宏观预测，常采用数值模拟的方法来进行反演分析和研究.
2)三维网络模拟法
二、长大铁路隧道预测预报主要内容
施工地质灾害一般都是由多种地质条件共同作用而产生的，而且通常与施工工艺有关，故施工地质灾害的预测预报往往是采用综合分析方法，必须各种因素综合考虑，才有可能获得满意的结果。在越岭铁路隧道中，潜在的施工地质灾害主要有塌方、涌水、岩爆及大变形等。
1、塌方预测预报
软岩塌方，则往往与软弱围岩及断层破碎带相联系，其发生的内因是围岩软弱破碎、强度低、自稳能力差，外因则是施工不当、支护不力、对围岩爱护不够等。总体上，可以通过地质分析、工程类比、监控量测等方法或综合各种方法来预测预报隧道施工中的软岩塌方。
2、涌水预测预报
涌水是隧道施工中发生频率较高的一类地质灾害，也是较难预测预报的一类隧道施工地质灾害。由于地下水的高度流动性、分布的普遍性，只要存在导水通道，就可能发生涌水，甚至突水。因此，其发发生条件要比其它灾害类型宽松得多。
3、大变形预测预报
铁路隧道围岩的大变形一般可以描述为一种以挤出为主、膨胀为辅的水--力耦合过程。大变形的预测预报是大变形研究中最重要的研究内容之一，尽管这方面的研究已经积累了一些成果，但仍然比较薄弱。
三、工程案例
戴云山隧道出口位于永泰县盖洋乡珠峰村后亭溪附近的沟谷中。隧道洞身最大埋深638米，最浅埋深仅50米，管段内隧道位于3‰的单面上坡上，为正坡排水。隧道单线总长为15167米。
1、地质构造
隧道围岩节理裂隙较发育，受多期构造运动的影响，岩石被切而呈大块或碎石状，隧道共穿越16条断层，其中F20断层长度达260m。
2、水文地质条件
地下水丰富，预测涌水最大地段为6041方/天，属中～强富水区。
3、预报方法
采用了地震反射法、水平超前探孔、红外探水等方法进行综合预报。利用R24工程地震仪，采用多道共炮式进行测试，测试记录经处理后认为掌子面前方存在三组负反射波组，经反演得出异常带位置在DK434+975、DK436+016和DK437+963处，推断为二迭系下统茅口组灰岩地层中存在的裂隙、破碎或岩溶强烈发育带；利用HY-303防爆红外探测仪探测，掌子面前方30米范围内有水；利用水平钻机在掌子面两拱角处各钻一孔，隧洞轴线部位布设一深孔，依据不同的角度在掌子面上进行探孔，左侧浅孔深3m时揭露一层岩溶水，涌水量约5m3/h，浅孔孔深15m时又遇一层岩溶水，涌水量约30m3/h，最大涌水量约80m3/h，估测该岩溶水为一小型充填性岩溶管道水；利用TSP202超前地质预报系统，采用多炮共道式测试，并经数据处理，认为在DK437+975、DK436+016和DK434+963处三处围岩完整性较差,地下水发育，存在岩溶管道等，后经施工开挖验证，预报成果与开挖结果基本对应，取得了较好的地质预报效果。
4、施工阶段的地质预报
1)地质预报的含义
地质预报包括以下几方面的含义;①紧跟隧道施工的进程，不间断地、及时地采集数据和信息;②及时整理和分析所获得的各种信息，据此做出预报;③将预报结果迅速反馈于施工实际，为设计变更提供参考和依据;④随着信息的不断积累和已有预报成果的应用反馈，修正或加深某些规律性认识，并将这些规律性认识及时应用于后续的地质预报中，不断提高地质预报的准确性。形成一个良好的工作循环。实质上，地质预报是隧道工程信息化设计和施工的重要组成部分。
2)地质预报的目的
地质预报的主要目的是补充、修正、完善和检验勘察资料和勘察阶段超前预测结果，为隧道工程施工中的设计变更和方案调整提供依据，实现隧道工程施工的信息化。
3地质预报的范围
地质预报的范围是已开挖段和施工前方一定范围内未开挖段。
4)地质预报的内容
地质预报的主要内容同超前预测的主要内容基本相同，包括地层岩性、围岩类别、地质结构、地质构造、地应力场、水动力场、围岩应力应变特性、支护及衬砌结构安全状况、施工地质灾害等。
超前预测同地质预报并不是完全独立的，而是长大铁路隧道地质预测预报工作的两个阶段，超前预测是地质预报的基础，而地质预报是超前预测的延续、修正、补充和完善。
结语：
隧道地质预测预报是保证隧道安全施工的重要环节和重要技术手段，应将其作为施工工序纳入施工组织管理，针对不同地质特点，遵循“洞内外结合，以洞内为主。长短结合，以短为主”的原则，采用多种合理的方法和手段相互印证进行综合预报，取长补短，提高预报准确性。施工中应根据工程的具体情况，选择适当的超前地质预报方案，确定合理的预测方法组合，以保障隧道施工的安全、质量和进度。
参考文献
[1]赵永贵，等.隧道地质超前预报研究进展[J].地球物理学进展，2003 18 (3 ) : 460~464
[2]陈建峰.隧道施工地质超前预报研究技术比较[J].地下空间，2003, 23 (1): 5--8
[3]刘志刚，赵勇.隧道隧洞施工地质技术[M].北京:中国铁道出版社，2001
关键词：长大隧道施工 地质预报
中图分类号：U455文献标识码： A
前言：
本文紧密结合向莆铁路戴云山隧道工程的实践，以地质分析为主线，对长大铁路隧道施工地质的预测预报等几个关键技术问题进行较为系统的研究，初步建立了一套长大铁路隧道地质预报的技术方法体系。
一、长大铁路隧道地质预测预报方法
长大隧道预测预报主要包括地层岩性、褶皱、断层、岩脉、破碎带、长大节理、地下水状况、地应力状况、岩性和围岩类别等。目前，隧道地质预报的方法分为地质分析法、现场测试法、地球物理方法和数值模拟法。
1、地质分析预测法
1）工程地质调查法
工程地质调查法是隧道地质预报中使用最早的方法。该方法是通过调查与分析地表和隧道内的工程地质条件，了解隧道所处地段的地质结构特征，推断前方的地质情况。其调查的内容包括地层与岩性的产出特征、断裂构造与节理的发育规律、岩溶带发育的部位、走向、形态等，预测隧道掌子面前方的不良地质体可能的类型、出露部位、规模大小等，以便隧道施工中采取合理的工艺与措施，避免事故。这种预报方法在隧道埋深较浅、构造不太复杂的情况下有很高的准确性，但是在构造比较复杂地区和隧道深埋较大的情况下，该方法工作难度较大，准确性较差,这种方法目前仍在使用。
2）超前导洞(坑)法
超前导洞(坑)法包括超前平行导洞(坑)法和超前正洞导洞(坑)法。超前平行导坑法是在与隧道正洞轴线相距一定距离的位置，平行于隧道正洞开挖一导洞(坑)，以探明隧道正洞的地质条件并兼做他用。利用该方法预测正洞地质条件非常直观，准确率也比较高，是我国隧道工程中常用的一种预报方法.
3)超前水平钻孔法
超前水平钻孔法与超前导洞(坑)法的原理基本相同，是用钻探设备向掌子面前方钻探，从而直接揭示隧道掌子面前方地层岩性、构造、地下水、岩溶洞穴充填物及其性质、岩石(体)的可钻性、岩体完整程度等资料，还可通过岩芯试验获得岩石强度等定量指标，是最直接有效的地质超前预报方法，但一次钻探距离短，费用高且占用施工时间长.
2、现场测试法
1)钻速测试
该法是让钻机在钻进过程中保持压力不变，测试钻进速度，根据钻进速度的不同来确定软弱层的位置。该方法设备简单、操作简单、不占开挖时间，但因在硬岩破碎带中钻速变化不大，预测效果不佳。
2)压水试验
该法是通过现场压水试验来测定岩体的单位吸水量，从而了解岩体的破碎情况和裂隙的充填情况。优点是所需设备简单、操作方便，缺点是测试时间较长。
3、地球物理方法
1)声波法
声波法是利用声波在岩石中的传播规律来判别岩石性质的一种方法。声波法占有的施工时间短，但预报距离受孔深限制，一般小于15m
2)电测法
電测法是根据岩石与电阻的关系来推断其性质的一种方法，可以分为电位法和电阻率法。电测法简便、成本低，但必须是以各层间电阻值有一定的差别为前提。
3)地质雷达探测法
地质雷达(Ground Penetrating Radar，简称GPR)是利用无线电波检测地下介质分布和对不可见目标或地下界面进行扫描。
4、数值模拟法
1)地应力场的数值模拟预测法
在隧道施工中，为了对隧道整体原始地应力状态以及二次应力场的发育分布规律进行宏观预测，常采用数值模拟的方法来进行反演分析和研究.
2)三维网络模拟法
二、长大铁路隧道预测预报主要内容
施工地质灾害一般都是由多种地质条件共同作用而产生的，而且通常与施工工艺有关，故施工地质灾害的预测预报往往是采用综合分析方法，必须各种因素综合考虑，才有可能获得满意的结果。在越岭铁路隧道中，潜在的施工地质灾害主要有塌方、涌水、岩爆及大变形等。
1、塌方预测预报
软岩塌方，则往往与软弱围岩及断层破碎带相联系，其发生的内因是围岩软弱破碎、强度低、自稳能力差，外因则是施工不当、支护不力、对围岩爱护不够等。总体上，可以通过地质分析、工程类比、监控量测等方法或综合各种方法来预测预报隧道施工中的软岩塌方。
2、涌水预测预报
涌水是隧道施工中发生频率较高的一类地质灾害，也是较难预测预报的一类隧道施工地质灾害。由于地下水的高度流动性、分布的普遍性，只要存在导水通道，就可能发生涌水，甚至突水。因此，其发发生条件要比其它灾害类型宽松得多。
3、大变形预测预报
铁路隧道围岩的大变形一般可以描述为一种以挤出为主、膨胀为辅的水--力耦合过程。大变形的预测预报是大变形研究中最重要的研究内容之一，尽管这方面的研究已经积累了一些成果，但仍然比较薄弱。
三、工程案例
戴云山隧道出口位于永泰县盖洋乡珠峰村后亭溪附近的沟谷中。隧道洞身最大埋深638米，最浅埋深仅50米，管段内隧道位于3‰的单面上坡上，为正坡排水。隧道单线总长为15167米。
1、地质构造
隧道围岩节理裂隙较发育，受多期构造运动的影响，岩石被切而呈大块或碎石状，隧道共穿越16条断层，其中F20断层长度达260m。
2、水文地质条件
地下水丰富，预测涌水最大地段为6041方/天，属中～强富水区。
3、预报方法
采用了地震反射法、水平超前探孔、红外探水等方法进行综合预报。利用R24工程地震仪，采用多道共炮式进行测试，测试记录经处理后认为掌子面前方存在三组负反射波组，经反演得出异常带位置在DK434+975、DK436+016和DK437+963处，推断为二迭系下统茅口组灰岩地层中存在的裂隙、破碎或岩溶强烈发育带；利用HY-303防爆红外探测仪探测，掌子面前方30米范围内有水；利用水平钻机在掌子面两拱角处各钻一孔，隧洞轴线部位布设一深孔，依据不同的角度在掌子面上进行探孔，左侧浅孔深3m时揭露一层岩溶水，涌水量约5m3/h，浅孔孔深15m时又遇一层岩溶水，涌水量约30m3/h，最大涌水量约80m3/h，估测该岩溶水为一小型充填性岩溶管道水；利用TSP202超前地质预报系统，采用多炮共道式测试，并经数据处理，认为在DK437+975、DK436+016和DK434+963处三处围岩完整性较差,地下水发育，存在岩溶管道等，后经施工开挖验证，预报成果与开挖结果基本对应，取得了较好的地质预报效果。
4、施工阶段的地质预报
1)地质预报的含义
地质预报包括以下几方面的含义;①紧跟隧道施工的进程，不间断地、及时地采集数据和信息;②及时整理和分析所获得的各种信息，据此做出预报;③将预报结果迅速反馈于施工实际，为设计变更提供参考和依据;④随着信息的不断积累和已有预报成果的应用反馈，修正或加深某些规律性认识，并将这些规律性认识及时应用于后续的地质预报中，不断提高地质预报的准确性。形成一个良好的工作循环。实质上，地质预报是隧道工程信息化设计和施工的重要组成部分。
2)地质预报的目的
地质预报的主要目的是补充、修正、完善和检验勘察资料和勘察阶段超前预测结果，为隧道工程施工中的设计变更和方案调整提供依据，实现隧道工程施工的信息化。
3地质预报的范围
地质预报的范围是已开挖段和施工前方一定范围内未开挖段。
4)地质预报的内容
地质预报的主要内容同超前预测的主要内容基本相同，包括地层岩性、围岩类别、地质结构、地质构造、地应力场、水动力场、围岩应力应变特性、支护及衬砌结构安全状况、施工地质灾害等。
超前预测同地质预报并不是完全独立的，而是长大铁路隧道地质预测预报工作的两个阶段，超前预测是地质预报的基础，而地质预报是超前预测的延续、修正、补充和完善。
结语：
隧道地质预测预报是保证隧道安全施工的重要环节和重要技术手段，应将其作为施工工序纳入施工组织管理，针对不同地质特点，遵循“洞内外结合，以洞内为主。长短结合，以短为主”的原则，采用多种合理的方法和手段相互印证进行综合预报，取长补短，提高预报准确性。施工中应根据工程的具体情况，选择适当的超前地质预报方案，确定合理的预测方法组合，以保障隧道施工的安全、质量和进度。
参考文献
[1]赵永贵，等.隧道地质超前预报研究进展[J].地球物理学进展，2003 18 (3 ) : 460~464
[2]陈建峰.隧道施工地质超前预报研究技术比较[J].地下空间，2003, 23 (1): 5--8
[3]刘志刚，赵勇.隧道隧洞施工地质技术[M].北京:中国铁道出版社，2001