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摘要：在我国的的西南地区岩溶地质发育广泛，岩溶灾害地质体是隧道施工过程中遇到的主要地质灾害之一。为确保隧道施工安全，按期完工，可通过综合超前地质预报技术对掌子面前方的地质异常体进行科学预测。本文主要对高风险岩溶隧道灾害地质体预报技术的应用进行简要的分析，希望可对相关从业者具有一定的借鉴意义。
关键词：隧道工程；地质灾害；地质预报；地质雷达
前言：
在我国交通基础设施不断增加的同时，隧道工程的比例也是越来越大，工程安全等级的要求也是更高。在工程项目的勘察阶段通过过程地质调绘、遥感、物探、钻探等方法很难准确无误的查明线路工程所经地段的不良地质体的位置、规模、性质等，例如：突泥、涌水、断层破碎带等。地质灾害的发生会对隧道中机械设备造成毁坏，并且危及施工人员的安全，事故后续处理工作难度大，从而影响工程进度，增加工程成本。为保证岩溶隧道施工安全，对岩溶体的位置及发育情况进行及时准确的超前地质预报，是保证隧道施工安全的关键。
一、案例工程概况分析
X隧道（DKll+740—DKl5+405）位于A县b乡内，长3 665 m。隧址属低山区构造剥蚀地貌，穿越X山体，测区沟谷相间，层峦叠嶂，连绵不断，山高坡陡，沟谷深切。山脊呈波浪状，测区地形起伏较大，高程介于605～865，相对高差260 m，其中最近的位于隧道洞顶上部20 m左右的位置。当前掌子面距离洞口405 m，桩号DKl2+145，埋深92 m左右。隧址区地层岩性以二叠系下统茅口组（P。m）灰岩为主，层面产状平缓且变化小，围岩除洞口外以Ⅱ、III级围岩为主。二叠系茅口组是全线岩溶发育程度最强的地层，隧址区出露多条宽数百米的溶蚀破碎带和一条宽69 m的陡立断层，溶蚀破碎带内岩体节理裂隙较发育，裂面见泥质充填，局部充填方解石脉。断层破碎带内岩体极为破碎。该区溶槽、溶缝发育，岩体裂缝较发育，裂缝与岩溶交织，以裂隙、溶隙汇集为主要形式的含水结构，岩溶水较发育。
二、超前地质预报设备的原理说明
1、TSP概况
TSP（Tunnel Seismic Predication）是由AM—BERG测量技术有限责任公司研制的中长距离超前地质预报系统。该方法属于多波多分量探测技术，目的是为探测隧道前方100m--150 m区域内是否存在较大规模的不良地质体，以及围岩级别。从宏观上指导隧道施工。其工作和采集原理是2个检波器分别布置在隧道两侧，另外在隧道一侧上布置20～24个相同高度和相同距离的炮孔，放人乳化炸药和电瞬发雷管，与同步器相连接。激发地震波，在岩体中以球面的形式在围岩中运动，接收到直达波和反射波，转化为电信号并且放大。从起爆到发射信号被接受，通过反射时间与地震波速度的计算可以确定反射面位置，同时还可以反映掌子面的前方岩性变化的位置。
2、地质雷达RAMAC概况
地质雷达（Ground Penetrating Radar，缩写GPR）是采用无线电波对介质分布和目标体进行扫描，以确定其内部结构形态或位置的电磁技术。其工作原理为电磁波以宽频脉冲形式通过发射天线发射，经目标体反射或透射，被接收天线所接收，形成雷达图像。电磁波的传播取决于物体的电性，物体的电性主要有电导率和介电常数，前者主要影响电磁波的探测深度，后者决定电磁波在该物体中的传播速度。因此，在不同电性的地质体的分界面上，都会形成电性介面。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆反射波从发射天线发射到被接收天线接收的时间称为双程走时，当求得地下介质的波速时，可根据测到的值折半再乘以此介质中的波速求得目标体的位置，同时结合反射波组的波幅与频率特征得出地质雷达波形图，对同相轴追踪，结合当前地质情况从而解释前方工程地质情况。
三、超前地质预报探测物性差异
根据工程地质勘察资料，已知掌子面前方的地层情况，在该洞段可能遇到的主要不良地质体是充泥溶洞。由于泥与灰岩的物性差异大（见表1～2），信号区别度高，在TSP和GPR上的图像特征明显。所以选择TSP作为长距离宏观探测手段，对前方的溶岩发育情况有总体的把握；地质雷达作为施工中的加密探测方法，获得更加准确的掌子面前方地质情况。
四、采集系统现场布置及解译成果
1、Tsp200采集系统的布置
隧道所处位置，虽然岩溶发育但是由于地质条件的制约使得侧向溶蚀发育受到限制，洞身周围岩体具有离异化较大的性质，为TSP的应用提供适宜的环境条件。
当前开挖面下导桩号为DKl2+145。现场施工情况，右洞壁（DKl2+084一+087）及左洞壁（DKl2+092一+098）为避车洞、（DKl2+115一+125）两侧洞壁为洞身扩大段、（DKl2+125一+145）段为管棚支护，根据现场以上情况，在隧道进口端桩号（DKl2+066．9）左边墙和右边墙布置检波器1和检波器2。在（DKl2+087．4一+145）段的右边墙，每隔1．5 m的间距布置20个激发孔。
由于隧道的封闭环境，激发时产生的能量会在空气中传播，并被接收器采集，为了提高耦合度，在每次起爆前，对炮孔进行注水泥封；若现场机械振动干扰能量大于接收信号能量，就会覆盖正常数据，所以在采集数据时应当停止可能产生机械振动的活动。
2、TSP200解译成果图及结论
总而言之，在X隧道的下导（DK12+145）处实施TSP超前地质预报，按照其解译成果图的分析，我们得出了在（DK12+160-DK12+180）20m范围内有一个低速异常区，但是该段内波速变化较为平稳，在二维成果图中泊松较为明显，表明了该段在软--流塑状物质。（DK12+160-DK12+168）范围内的纵反射结束，反射带呈现出正负反射层较多，且杂乱短小，以负反射为主，独立条带以窄、断续的图案呈现，推测充泥夹块石；（DK12+160-DK12+180）纵波反射较为强烈，横波反射较强，深度偏移图以强烈负反射开始，强烈的正反射在结束之后，正负反射层清晰且较有规律，反射层有所变宽，连续性增强，推测为充泥地质体。
结束语：
在经过综合预报之前，需要对地质编录与地表的复查进行综合的分析，对可疑的不良地质体性质、组分、发育情况进行初步的分析，在岩溶发育地区，运用TSP及GPR能够对岩溶体边界及充填部分进行分析，最大限度的减少了现场施工产生的干扰问题，且缩小推测不良体质体性质的范畴，最后结合现已勘察资料及解译成果图，进而得出准确、可靠的预报成果。
参考文献：
[1]齐林；隧道地质超前预报技术与应用[M]；气象出版社，2010：125-127
[2]高阳；张庆松；等；地质雷达在岩溶隧道超前预报中的应用[J]；山东大学学报（工学版）；2009，39（4）：82-86
[3]杜明玉；吕乔森；地质雷达在岩溶隧道短期超前地质预报中的应用[J]；中国西部科技；2010，9（4）：46-47
论文作者:谢平
论文发表刊物:《基层建设》2015年26期供稿
论文发表时间:2016/3/22
标签：地质论文; 隧道论文; 岩溶论文; 质体论文; 反射论文; 超前论文; 情况论文; 《基层建设》2015年26期供稿论文;