摘要：目前设计进行的隧道地质勘察仍然以地质测绘、钻探和物探相结合的方法，但受隧道埋深大、钻探间距大和物探结果多解性等限制，地面勘察结果的精度无法达到规避隧道施工中出现的各种地质灾害的要求，必须通过施工阶段超前地质预报来进一步摸清掌子面前方的地质情况，做好地质灾害预防工作，为隧道安全施工提供保障。本文结合深圳地区地质环境特点，分析山岭隧道可能遇到的不良地质，根据预报方法的特点，提出相应的预报方案。
关键词：超前地质预报；山岭隧道；地质灾害
1、超前地质预报在隧道安全施工中的意义
随着国家路网的不断完善和生产技术水平的不断提高，以往在线路规划设计中需要避让绕开的设计施工难点山区均以隧道型式穿越，从而在工程中不断涌现地质复杂隧道。但是在进行隧道施工的过程中，常常会出现涌泥、涌水、塌方等安全事故，很难有效保障隧道工程施工安全，这样很容易威胁到施工人员的人身财产安全，也不能如期完工。超前地质预报可以采用相关的手段以及技术提前探明隧道的相关地质条件，再根据探查数据提前采取相应的防范措施，尽可能避免地质灾害，由此可见超前地质预报可在很大程度上确保隧道施工的安全性。隧道施工中采用超前地质预报技术可以对隧址区的相关地质情况进行全面分析，了解隧道施工过程中存在的主要地质灾害隐患、主要工程地质问题以及地质灾害分布范围等相关情况，准确判定地质复杂程度，并且明确重点地质预报地段，然后结合预报工作中的相关地质情况动态调整隧道区段的地质预报方法、地质复杂程度分析等。如果隧道施工中选择综合超前地质预报的话，一定要综合分析、判断各种预报手段获取的相关资料，确保预测的准确性。
2、隧道施工地质灾害
在隧道工程施工中，因地质作用和人为工程活动对隧道施工以及周围环境造成的破坏。隧道工程地质灾害的种类与某些矿井地质灾害相似。主要包括：突水突泥、岩爆、岩土体变形位移滑塌、瓦斯及其他有害气体突出等。其中隧道地质灾害常常会引发塌方。根据多年来作者对隧道塌方事故的总结分析，得出造成隧道塌方的原因主要有以下几点：（1）地质条件方面的原因。如果所建的隧道位于结构较为松散的堆积体，开挖后会因无法承载重力而塌方；如果穿过断裂带、褶皱带、断层带，开挖后会使围岩失去稳定性而出现塌方；如果遇到破碎带，由于泥质物太多而易发生塌方；如果所建隧道地段的地下水比较丰富，岩石经过水的浸泡、冲蚀和溶解降低了岩石的强度而易造成塌方。（2）施工方面的原因。在修建隧道时，由于测量人员对隧道的设计勘测不合理而造成塌方；在施工过程中，由于施工人员施工方法不当或者在施工中没有责任意识，使修建的隧道存在质量问题和安全隐患而造成塌方；施工管理人员自身素质不够，隧道质量及安全意识淡薄，在施工中缺乏科学有效的管理而使修筑的隧道塌方。（3）隧道塌方的预报工作做得不够好，从而增加了塌方发生的概率。以上三个方面便是引起隧道塌方的主要原因。
3、隧道超前地质预报
3.1超前地质预报的目的及内容
如果在施工前能够很好的掌握隧道所建地的地质情况，就会大大减少隧道塌方发生的可能性。地质超前预报即对隧道所在地段的地质条件进行预报，使施工人员能清楚的了解掌子面的地质情况和围岩条件，为施工单位制定科学的施工方案、选择正确的施工方法提供依据，从而达到降低隧道塌方事故的可能性。其预报的内容主要包括：不良及灾害地质预报；断层构造及断层破碎带位置、性质、充填物状态、是否充水等的预报；地下水状态的预报；围岩类别的预报等。
3.2 地质超前预报的方法
超前地质预报的方法按照时空距离可划分为短期预报和中长期预报；按实施方法可划分为超前探孔法和物探方法。目前在我国物探方法是应用较为广泛的方法，文章就主要探讨地质超前预报的物探方法，如TSP超前地质预报法、GPR超前地质预报法、红外探水法。
3.2.1 TSP超前地质预报方法。TSP技术即通过向钻孔内爆破，因爆破引发的地震波向岩体四周传播，当向隧道前方传播的地震波遇到障碍时就会被反射回来，反射回来的地震波经过传感器被处理，使反射时间与波传速度具有可计算性，从而确定隧道反射界面与掘进面的距离。其主要优点是适用范围广、预报距离长和对隧道的施工干扰小。但也有预报的信息有限，预报的精度偏低，对于形状不规则的小溶洞预报不准等缺点。
3.2.2 GPR超前地质预报方法。GPR方法即地质雷达法，主要用于短距离的超前地质预报。其利用的是不同的围岩对电磁波的作用是不同的原理，来对围岩进行探测的一种方法。其具体过程为通过地质雷达发射出高频电磁波，当电磁波遇到带电的围岩界面时被反射、折射或散射，因此回波和接收天线之间就有了时间上的空缺点，最后通过对回波的分析推测出目标围岩的状态，从而实现对隧道的地质预报。其具有对短距离的不良地质体预报准确、对洞穴及水灵敏度强，因此可准备地预报溶洞。其缺点是探测距离较近，不利于长距离隧道探测；反射的电磁波比较容易受影响，对探测的条件要求比较高；比较容易受杂波干扰，对探测人员的经验及技术要求也较高。
3.2.3 红外探水方法。由于不同地质的导热性不同，红外探测仪利用不同地质有不同的导热性对隧道潜伏的含水构造进行探测。一般来说水的导热性要比岩石的导热性低，红外探测发出时，如果隧道外围存在隐伏的含水构造时，红外发射场就会出现异动，最终根据探测曲线图来进行判断预报。红外探水预报方法简单易操作，测量和分析的速度都很快，但是只能探测到含水的地质构造，无法应用于无水情况下的地质灾害的探测预报，而且其很容易受隧道内如通风、灯管发热等环境的影响。
不同的超前地质预报的方法都有各自的优点和缺点，只有把它们结合起来应用，取长补短，才能更好的实现对隧道塌方的地质预测。在今后的超前预报中，不断升级并完善硬件设备及处理软件，并综合超前地质预报，将各种物探方法结合起来应用。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆除此之外在地质预报中要清楚了解隧道所在区域的地质情况并实现跟踪预测，并且还要具体问题具体分析，对于不同的围岩结构产生的灾害采取不同的措施，从而不断提高预报的准确性和实用性。
4、隧道不良地质预报
4.1断层破碎带预报
预报断层地质情况的话，应该结合纵断面图、工程地质平面图以及区域地质资料等各方面情况进行地表补充地质调查，从而将断层规模、性质、位置以及产状等各方面情况进行进一步核实。想要确定隧道内断层的宽度以及基本位置可以选择弹性反射法，若要探测断层带地下水实际发育状况可以采用高分辨直流电法或者红外线探测法，必要的情况下，可以选择超前水平钻探法进一步明确预报断层规模、断层位置、破碎带物质组成、断层地下水发育等相关情况。若对断层大体分布位置进行预测，可以选择断层趋势分析、加深炮眼法以及隧道内地质素描等多种方法进行预测。
4.2岩溶预报
预报溶岩的过程中，应该结合区域的地质资料对隧址区的岩溶发育规律进行深入研究、分析，然后按照隧道内的地质素描数据对地质复杂分级进行验证和调整，选择合适的超前地质预报方案，并且结合隧道内地质条件选择弹性波反射法进行中长距离探测以及长距离探测，从而明确具体的岩溶形态。如果是短距离探测的话，可以选择地质雷达，这样可明确岩溶的形态、规模以及位置等情况。需要注意的是，如果采用超前地质钻探法探测富水岩溶发育地段一定要采用重叠式探测方式，如果是岩溶区，一定要采用加深炮眼法进行探测。
5、深圳地区隧道超前地质预报应用分析
目前深圳地区的隧道以地铁隧道最多，公路市政隧道次之，铁路隧道最少。本文所研究的隧道为深圳地区山岭隧道，受隧道埋深大、钻探间距大和物探结果多解性等限制，地面勘察结果的精度无法达到规避隧道施工中出现的所有地质灾害的要求，在隧道施工中必须进行超前地质预报。
5.1深圳地区地质环境特征
深圳地区构造较为复杂，以断裂为主。根据断裂走向将深圳地区断裂划分为：北东向断裂、东西向断裂及北西向断裂。北东向断裂有松岗断裂带、观澜断裂带、深圳断裂带及径心背断裂束。松岗断裂与观澜断裂同属前述的紫金-博罗断裂带西南延伸部分；深圳断裂带属五华-深圳断裂带（莲花山断裂带西南部分），斜贯深圳全区，是区内的主导断裂；径心背断裂束隶属大埔-海丰断裂带的西南端延续部分。东西向断裂主要有宝安-大鹏断裂，属于高要-惠来断裂带南侧影响带的一部分。北西向断裂发育程度仅次于北东向断裂，自西向东有蛇口、杨柳岗、沙湾、太和圩及大鹏等诸多断裂束呈平行斜列式展布。
深圳地区岩层主要以火成岩或正变质岩为主，东部或东北部发育有少量沉积岩或负变质岩，其中龙岗东北部发育有石炭系灰岩、白云岩和白云质灰岩。
深圳市气候属海洋性亚热带季风气候，热量丰富，日照时间长，雨量充沛。山岭地区地下水主要以大气降水补给为主，因此地下水量丰富，且常于断层破碎带附近汇集。另外，热雨同期的气候非常有利于可溶性岩的溶蚀和溶洞、岩溶管道的发育。
5.2隧道超前地质预报的重点及方法选择
根据深圳的地质特征和气候特征以及以往本地区山岭隧道建设经验，隧道在施工过程中可能遇到的不良地质主要为断层破碎带，仅龙岗可溶性岩地区附加岩溶，两者容易引发塌方、涌水和涌泥等地质灾害。因此，根据隧道所在区域从大体上分析隧道施工过程中可能遇到的不良地质和地质灾害，如在西部羊台山山脉开挖隧道可能遇到裂隙切割岩体坠落、断层破碎带及破碎带涌水、涌泥的地质灾害；在龙岗东北部修建隧道除了考虑断层破碎带的影响，还要重视隧道岩溶地质灾害。
根据两种不良地质的特征，研究其与周围岩体的物性差异，选择物性差异最大的一方面，有所侧重地选择物探仪器，对症下药，最大程度上降低了物探成果多解性，提高了超前地质预报的精度。
断层破碎带中由于裂隙极发育，其中甚至含有断层泥，地震波从坚硬岩体到断层破碎带时，波阻抗突然增大，地震波传播受影响，而且地震波传播距离较大，探测距离较长，是长距离探测断层破碎带的理想方法。另外，在实施探测过程中应尽量避免外来震源的干扰，周边有道路时应在交通较小的晚上实施探测为好；附近有在基础施工的工地，特别是边坡开挖或桩基冲孔，应协调错开实施时间。
岩溶探测对象为溶洞，当溶洞中没有充填物质时，岩溶与空气之间波阻抗差异仍然较大，但地震波可沿溶洞壁传播，对于规模较小的溶洞，在传播时间上的差异并不明显，反而在介电常数上两者差异较为突出。因此，地质雷达探测溶洞效果较好。水的介电常数与其它物质差异更为明显，故对于富水断层破碎带和含水溶洞地质雷达探测效果更好。但由于探测距离较短，在掌子面前探测较频繁，对施工进度具一定影响，可结合高分辨直流电法或者红外线探测法，长短结合。
6、结束语
综上所述，超前地质预报对于确保隧道施工的安全性具有极其重要的作用，隧道施工之前应该结合实际地质条件选择合适的超前地质预报方法，而且实际施工过程中应该结合预测结果及时调整超前地质预报方法，可有效确保预报结果的准确性。
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论文作者:李焯均
论文发表刊物:《基层建设》2017年第14期
论文发表时间:2017/10/10
标签：隧道论文; 地质论文; 超前论文; 断层论文; 方法论文; 岩溶论文; 深圳论文; 《基层建设》2017年第14期论文;