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摘要：在高速公路隧道的施工中，由于勘察设计的局限性及隧道前方地质条件的复杂性，超前地质预报显得尤为重要。本文以某高速公路隧道施工为例，介绍了几种超前地质预报的方法在隧道施工中的应用，为施工提供了指导意义。
关键词：超前地质预报；公路隧道；地质雷达
随着我国高速公路建设网不断地扩大，尤其在浙江南部一带，隧道施工在高速公路的建设中显得犹为重要。施工前对地质情况的了解，对于隧道施工有十分重要的作用。通过地质超前预报，及时发现异常情况，预报掌子面前方不良地质体的位置、产状及其围岩结构的完整性与含水的可能性，从而为隧道施工单位优化施工方案提供依据，为预防隧道突水、突泥、突气等可能形成的灾害性事故及时提供信息，使工程单位提前做好施工准备。通过预报，可以了解掌子面前方短距离内的工程地质条件及围岩类别，为施工单位正确选择开挖断面、支护设计参数和施工方法提供依据。所以隧道超前地质预报对于安全科学施工，提高施工效率，缩短施工周期，避免事故损失，具有重大的社会效益和经济效益。
一、隧道地质超前预报综述
（一）隧道地质超前预报的内容
隧道地质超前预报包括如下内容：
1、不良地质预报及灾害地质预报：预报掌子面前方15～100m 范围内有无突水、突泥、坍塌、有害气体等灾害地质，并查明其范围、规模、性质，提出施工措施意见。
2、水文地质预报：预报洞内涌水量大小及其变化规律，并评价其对环境地质、水文地质的影响。
3、断层及其破碎带的预报：主要预报断层的位置、宽度、产状、性质、充填物的状态，是否为充水断层，并判断其稳定性程度，提出施工对策。
4、围岩类别及其稳定性的预报：预报开挖面前方的围岩类别与设计是否吻合，并判断其稳定性，随时提出修改设计，调整支护类型，确定二次衬砌时间的意见，报专家组审批。
5、查明并预测隧道内有害气体含量、成分及动态变化。
6、查明并预测膨胀岩的膨胀力、膨胀量及主要矿物成分，为工程防治提供可靠依据。
（二）隧道地质超前预报的方法
1、地质分析法
地质分析法是通过对洞内掌子面涌水量动态变化的长期观测记录，掌握地下水初期涌水量、衰减涌水量和稳定涌水量的变化规律，综合分析地层、断层等构造以及基岩裂隙水的运动特点，查明地下水的补给、径流及排泄途径，预报未开挖段水文地质情况。对隧道开挖前涌水量的定量预测，往往与隧道开挖实际涌水量有一定的差距，应进行对比分析，总结经验，提高预报水平。
2、超前平行导坑预测法
超前平行导坑法是在隧道上导坑或隧道的附近开挖一平行的小断面导坑，对导坑出露的地质情况进行地质编录、素描、做图，综合分析其地层岩性、地质构造、水文地质情况，根据地质理论预测相应段隧道的工程地质和水文地质条件，以及可能发生地质灾害的位置、性质、规模，并提出防治措施意见。
3、超前水平钻孔法
用钻探设备向掌子面前方钻探，直接揭示隧道掌子面前方几十米的地层岩性、岩体结构、构造、地下水、岩溶洞穴充填物及其性质、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，适用于已经基本认定的主要不良地质区段。超前水平钻孔的方向控制和钻探工艺有一定的技术难度，对施工干扰大。
4、地球物理探测法
物理探测法是利用物体物性差异进行地质判断的间接方法，采用物探技术进行超前预报的优点是快速、超前探测距离大、对施工干扰相对小、可以多种技术组合应用。几种常见的地球物理探测法为：TSP超前预报系统、负视角度法、水平声波反射法、地质雷达法、红外探水法、特殊地质的预测方法等。
二、某高速公路隧道施工地质超前预报实例
（一）工程概况
某高速公路隧道分为左、右隧道，左洞洞口附近Ⅱ类围岩采用超前支护和预留核心土环行开挖，采用挖掘机开挖，里面的Ⅱ类围岩采用上下台阶开挖，目前下台阶尚未开挖。右洞采用先开挖先导洞的方式开挖。其中，Ⅱ类围岩初支采用3.5mΦ25 锚杆+250mm 喷砼+150×150mm2Φ6 钢筋网，钢筋隔栅间距0.5-1.0m；Ⅲ类围岩初支采用3.0mφ25 锚杆+150mm 喷砼+150×150mm2Φ6 钢筋网；Ⅳ类围岩初支采用3.0mφ25 锚干+100mm 喷砼+150×150mm2Φ6 钢筋网。
（二）隧道区的地质条件
隧道区地貌形态类型为低山丘陵，地表高低起伏，植被茂盛；山体多陡峻，山坡坡度一般在30～50°，其表部残积较薄或基岩裸露。隧道区山前、山坡及山间坳地分布有第四系的残坡积（e1-d1Q）松散层；山坡和山岗上的残坡积层，一般较薄，其下为侏罗系上统西山头组（J3x）地层和侵入岩体花岗岩。隧道区地质构造发育，总体上受区域地质构造格局控制，地质构造主要表现形式有：构造（岩脉）、接触带及节理（裂隙）。构造（岩脉）、接触带及节理（裂隙）发育带及进出口段第四系松散层和全、强风化层对本隧道将产生不利影响。
（三）隧道区超前地质预报技术
此隧道区主要采用了地质素描法及地质雷达法等进行超前地质预报，为隧道施工提供精确的地质资料。
1、地质素描法
洞内掌子面素描记录表明，隧道围岩岩性及岩性类别和查明的地质情况基本吻合，岩性为熔结凝灰
岩。其中1 号隧道出口至洞口有玄武玢岩侵入岩脉，岩脉激励比较密集，节理间距多在0.3m 以内。由于暂时没有出现大的断裂构造，所以可以认为构造运动对洞区及其周围的影响为轻微级。地下水水量普遍较小，岩体完整性较好，岩石强度较硬，为硬岩，目前掌子面和开挖断面能够自稳。左右两洞未见大的不良地质情况，偶有小的破碎夹层，但对稳定性影响不大。
2、地质雷达法
地质雷达法，即GPR（Ground Penetrating Radar）方法是一种用于确定地下介质分布的电磁波法，类似反射地震勘探技术，是一种高分辨率探测方法。该方法是通过天线向地下发射高频电磁波，电磁波在地下传播，对于不同介质，由于电磁性质不同，传播特点不一样，当遇到存在电性差异介质的界面时，__便发生反射，并返回为接收天线接收。此段隧道在开挖过程中所遇破碎带较多，渗水量大，对隧道施工产生一定影响，为了探明掌子面前方的工程地质情况，判断前方是否存在大在含水层，对掌子面前方30.0m 范围内进行地质雷达探测，采用ZOND-12E 型地质雷达进行数据采集。发射、接收天线分别放置在掌子面前方，对掌子上、中部前方30m进行探测。由地质雷达测得的数据可知，在掌子面前方5.0m左右区域有较大裂隙存在，裂隙充填或含水可能性较大，特别是在掌子面前方靠右区域有不良地质现象存在的可能，需要引起注意。在掌子面前方5.0-10.0m 范围内岩性相对较好，探测没有发现明显不良地质体存在。在15.0m以后，探测发现不良地质现象的存在，特别是隧道右侧有不良地质体反应，应注意裂隙水对施工影响。对拱腰部位的探测没有发现明显的不良地质现象。
三、结论
此高速公路隧道在在施工过程中采用了超前地质预报系统，有效地保证了施工安全，提高了施工速度，尤其是GPR 方法为高精度超前地质预报的发展开拓了一条新路。在高速公路隧道施工中采用地质超前预报是十分必要的，在很大程度上消除了施工的盲目性，确保了施工的安全快速进行。另外，由于地质雷达探测结果受到各种因素的影响，所以在超前地质预报中，应该根据工程的实际情况合理地选取地质雷达测量参数，并结合掌子面的素描情况合理地对隧道施工前方的地质条件进行预测。
参考文献：
[1] 李勇，孙喜峰，李廷. 隧道施工地质超前预报方法[J]. 地质与资源，2004，13（2）
[2] 何发亮，李苍松，陈成宗编著. 隧道地质超前预报[M]. 成都： 西南交通大学出版社，2006.
关键词：超前地质预报；公路隧道；地质雷达
随着我国高速公路建设网不断地扩大，尤其在浙江南部一带，隧道施工在高速公路的建设中显得犹为重要。施工前对地质情况的了解，对于隧道施工有十分重要的作用。通过地质超前预报，及时发现异常情况，预报掌子面前方不良地质体的位置、产状及其围岩结构的完整性与含水的可能性，从而为隧道施工单位优化施工方案提供依据，为预防隧道突水、突泥、突气等可能形成的灾害性事故及时提供信息，使工程单位提前做好施工准备。通过预报，可以了解掌子面前方短距离内的工程地质条件及围岩类别，为施工单位正确选择开挖断面、支护设计参数和施工方法提供依据。所以隧道超前地质预报对于安全科学施工，提高施工效率，缩短施工周期，避免事故损失，具有重大的社会效益和经济效益。
一、隧道地质超前预报综述
（一）隧道地质超前预报的内容
隧道地质超前预报包括如下内容：
1、不良地质预报及灾害地质预报：预报掌子面前方15～100m 范围内有无突水、突泥、坍塌、有害气体等灾害地质，并查明其范围、规模、性质，提出施工措施意见。
2、水文地质预报：预报洞内涌水量大小及其变化规律，并评价其对环境地质、水文地质的影响。
3、断层及其破碎带的预报：主要预报断层的位置、宽度、产状、性质、充填物的状态，是否为充水断层，并判断其稳定性程度，提出施工对策。
4、围岩类别及其稳定性的预报：预报开挖面前方的围岩类别与设计是否吻合，并判断其稳定性，随时提出修改设计，调整支护类型，确定二次衬砌时间的意见，报专家组审批。
5、查明并预测隧道内有害气体含量、成分及动态变化。
6、查明并预测膨胀岩的膨胀力、膨胀量及主要矿物成分，为工程防治提供可靠依据。
（二）隧道地质超前预报的方法
1、地质分析法
地质分析法是通过对洞内掌子面涌水量动态变化的长期观测记录，掌握地下水初期涌水量、衰减涌水量和稳定涌水量的变化规律，综合分析地层、断层等构造以及基岩裂隙水的运动特点，查明地下水的补给、径流及排泄途径，预报未开挖段水文地质情况。对隧道开挖前涌水量的定量预测，往往与隧道开挖实际涌水量有一定的差距，应进行对比分析，总结经验，提高预报水平。
2、超前平行导坑预测法
超前平行导坑法是在隧道上导坑或隧道的附近开挖一平行的小断面导坑，对导坑出露的地质情况进行地质编录、素描、做图，综合分析其地层岩性、地质构造、水文地质情况，根据地质理论预测相应段隧道的工程地质和水文地质条件，以及可能发生地质灾害的位置、性质、规模，并提出防治措施意见。
3、超前水平钻孔法
用钻探设备向掌子面前方钻探，直接揭示隧道掌子面前方几十米的地层岩性、岩体结构、构造、地下水、岩溶洞穴充填物及其性质、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，适用于已经基本认定的主要不良地质区段。超前水平钻孔的方向控制和钻探工艺有一定的技术难度，对施工干扰大。
4、地球物理探测法
物理探测法是利用物体物性差异进行地质判断的间接方法，采用物探技术进行超前预报的优点是快速、超前探测距离大、对施工干扰相对小、可以多种技术组合应用。几种常见的地球物理探测法为：TSP超前预报系统、负视角度法、水平声波反射法、地质雷达法、红外探水法、特殊地质的预测方法等。
二、某高速公路隧道施工地质超前预报实例
（一）工程概况
某高速公路隧道分为左、右隧道，左洞洞口附近Ⅱ类围岩采用超前支护和预留核心土环行开挖，采用挖掘机开挖，里面的Ⅱ类围岩采用上下台阶开挖，目前下台阶尚未开挖。右洞采用先开挖先导洞的方式开挖。其中，Ⅱ类围岩初支采用3.5mΦ25 锚杆+250mm 喷砼+150×150mm2Φ6 钢筋网，钢筋隔栅间距0.5-1.0m；Ⅲ类围岩初支采用3.0mφ25 锚杆+150mm 喷砼+150×150mm2Φ6 钢筋网；Ⅳ类围岩初支采用3.0mφ25 锚干+100mm 喷砼+150×150mm2Φ6 钢筋网。
（二）隧道区的地质条件
隧道区地貌形态类型为低山丘陵，地表高低起伏，植被茂盛；山体多陡峻，山坡坡度一般在30～50°，其表部残积较薄或基岩裸露。隧道区山前、山坡及山间坳地分布有第四系的残坡积（e1-d1Q）松散层；山坡和山岗上的残坡积层，一般较薄，其下为侏罗系上统西山头组（J3x）地层和侵入岩体花岗岩。隧道区地质构造发育，总体上受区域地质构造格局控制，地质构造主要表现形式有：构造（岩脉）、接触带及节理（裂隙）。构造（岩脉）、接触带及节理（裂隙）发育带及进出口段第四系松散层和全、强风化层对本隧道将产生不利影响。
（三）隧道区超前地质预报技术
此隧道区主要采用了地质素描法及地质雷达法等进行超前地质预报，为隧道施工提供精确的地质资料。
1、地质素描法
洞内掌子面素描记录表明，隧道围岩岩性及岩性类别和查明的地质情况基本吻合，岩性为熔结凝灰
岩。其中1 号隧道出口至洞口有玄武玢岩侵入岩脉，岩脉激励比较密集，节理间距多在0.3m 以内。由于暂时没有出现大的断裂构造，所以可以认为构造运动对洞区及其周围的影响为轻微级。地下水水量普遍较小，岩体完整性较好，岩石强度较硬，为硬岩，目前掌子面和开挖断面能够自稳。左右两洞未见大的不良地质情况，偶有小的破碎夹层，但对稳定性影响不大。
2、地质雷达法
地质雷达法，即GPR（Ground Penetrating Radar）方法是一种用于确定地下介质分布的电磁波法，类似反射地震勘探技术，是一种高分辨率探测方法。该方法是通过天线向地下发射高频电磁波，电磁波在地下传播，对于不同介质，由于电磁性质不同，传播特点不一样，当遇到存在电性差异介质的界面时，__便发生反射，并返回为接收天线接收。此段隧道在开挖过程中所遇破碎带较多，渗水量大，对隧道施工产生一定影响，为了探明掌子面前方的工程地质情况，判断前方是否存在大在含水层，对掌子面前方30.0m 范围内进行地质雷达探测，采用ZOND-12E 型地质雷达进行数据采集。发射、接收天线分别放置在掌子面前方，对掌子上、中部前方30m进行探测。由地质雷达测得的数据可知，在掌子面前方5.0m左右区域有较大裂隙存在，裂隙充填或含水可能性较大，特别是在掌子面前方靠右区域有不良地质现象存在的可能，需要引起注意。在掌子面前方5.0-10.0m 范围内岩性相对较好，探测没有发现明显不良地质体存在。在15.0m以后，探测发现不良地质现象的存在，特别是隧道右侧有不良地质体反应，应注意裂隙水对施工影响。对拱腰部位的探测没有发现明显的不良地质现象。
三、结论
此高速公路隧道在在施工过程中采用了超前地质预报系统，有效地保证了施工安全，提高了施工速度，尤其是GPR 方法为高精度超前地质预报的发展开拓了一条新路。在高速公路隧道施工中采用地质超前预报是十分必要的，在很大程度上消除了施工的盲目性，确保了施工的安全快速进行。另外，由于地质雷达探测结果受到各种因素的影响，所以在超前地质预报中，应该根据工程的实际情况合理地选取地质雷达测量参数，并结合掌子面的素描情况合理地对隧道施工前方的地质条件进行预测。
参考文献：
[1] 李勇，孙喜峰，李廷. 隧道施工地质超前预报方法[J]. 地质与资源，2004，13（2）
[2] 何发亮，李苍松，陈成宗编著. 隧道地质超前预报[M]. 成都： 西南交通大学出版社，2006.