摘要：科技的快速发展带动我国各行业发展迅速。为了提高断层破碎带的地质预报判读精度，提出了一种基于地质编录与探地雷达相结合的综合超前预报技术。
关键词：地质编录和探地雷达；隧道断层破碎带超前预报技术
引言
近年来，我国快速进入现代化科学技术发展阶段。由于隧道与其他工程相比，具有隐蔽性、复杂性和不确定性等突出特点。因此，即使在隧道勘察设计阶段对隧道进行了大量地质勘查工作，然而这些工作只能对地质的总体情况进行定性，与实际施工过程中要求的地质情况的精确度还存在着一定的偏差。
1综合预报技术方案
（1）掌子面地质编录，掌子面地质编录采用简单的测试仪器如地质罗盘、水平尺等对岩层、节理裂隙的产状及间距、断层产状与规模等进行现场测量，进而通过采集记录的系列信息来推断掌子面前方的地质情况，如推断岩层岩性的变化，以及不良地质体的类型及其规模和影响范围等。实践表明，掌子面地质编录可以较好地推断断层破碎带与各类狭长形不良地质体的延伸去向及其影响范围。基本的推断方法是以掌子面不良地质体产状与位置为基本信息，通过函数计算，求得其延伸去向和影响范围。（2）探地雷达预报，探地雷达是一种用于确定地下介质分布的广谱电磁技术，其基本原理是雷达天线向岩层发射具有一定波动频率的电磁入射波，入射波在岩层中会不断地产生反射和折射，通过分析反射波的旅行时间、波相、能量等物理信息，可以判断目标体的类型、大小和富水性等重要信息。探地雷达操作简单、仪器轻便、时效性强，属于短距离预报，能实现精细化预报，在各类型工程勘察中越来越受到重视。（3）综合预报技术的实现，综合采用掌子面地质编录和探地雷达开展预报分析工作。在施工开挖过程中，及时对掌子面进行地质信息采集编录，记录地层岩性、围岩完整性、地下水出露、风化程度等信息，并结合工程地质调查的结论，推断是否存在风险，以及可能存在的风险类型，从而为探地雷达预报提供合理的优选建议。当接近可能的不良地质体时，采用探地雷达实施精细化预报，进一步明确潜在风险。最后，将实际揭露的地质情况与预报结论进行对比，寻找不足并及时改进。
2TGP超前预报技术工作原理
TGP206隧道地质超前预报探测系统，是采用地震波反射回波方法来探测前方围岩的变化。地震波震源采用25g小药量炸药激发产生，制作成炮的炸药包放在隧道边墙的激发孔中，通常24个炮孔布置成一条直线。地震波的接收器安装在距最后一个炮孔20m位置的接收孔中，接收孔一共两个，对称布设在隧道左右边墙内。通过逐个引爆激发孔中的小药量炸药获取地震波震源，地震波以球面波形式向三维空间传播，在传播过程中当地震波遇到弹性波阻抗差异的界面时，一部分地震信号反射回来，另一部分信号透射进入前方介质继续传播，这种反射波被布置在隧道内的检波器接收，并输入到仪器中进行信号放大、数据采集和处理，反射信号的传播时间与传播距离成正比，与传播速度成反比，通过测量直达波速度、反射回波的时间、波形和强度，在一定间隔距离内连续采用上述方法，结合施工地质调查，可以得到隧道围岩的地质力学参数，如动弹性模量、动剪切模量和动泊松比参数等，最终达到预报隧道掌子面前方围岩地质状况的目的。
3工程概况
某隧道位于某市境内小场镇东南方向约5km处，距县城约18km，属于典型的喀斯特峰丛地貌，基本岩性为灰岩﹙包括白云质灰岩、硅质灰岩、泥灰岩和纯灰岩﹚，地形、地貌受岩性与构造控制明显，岩溶发育。某市境内发育有较多断层破碎带，其分布、规模、形成时间差异较大，到市区的距离最远达52km。对隧道施工和整体稳定性影响较大的断层有3组，即NE﹙东北向﹚、NW﹙西北向﹚和NNW﹙西北向偏北区﹚。其中，NE向断层与关西隧道轴线以69°左右斜交，断层周边可见溶盆发育，连绵超过20km。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆当地水文站提供的该区域50年水文地质资料显示，该区域内四季雨量丰富，地表水和地下水系统较为发育。其中，隧道所在地区的地下水埋深普遍大于60m，最浅地下水埋深约23m、最深约72m。经室内腐蚀实验测定，地下水对混凝土无腐蚀性，以碳酸盐岩溶水为主。
4TGP隧道超前预报优点和缺点
1）TGP隧道超前预报技术具有预报距离长，能探测出前方的围岩变化、节理发育、富水性等地质变化等，这些是其他超前预报手段无法达到的，如探地雷达法、超声波法、超前钻孔法等，因而对指导隧道安全施工起着关键性作用，在隧道施工中也得到了广泛的应用。2）TGP隧道超前预报技术在掌子面前方围岩较为单一的情况下预报准确率高，但当掌子面前方围岩复杂，如破碎地层，地震波衰减量大，采集到的有效信息少，预报准确度较低。3）对地质情况复杂的围岩，应该在以TGP隧道超前预报技术预报的基础上，必须采取其他超前预报手段予以辅助，避免一种预报手段的失效或失败而引起的误报，应做到多种预报手段结合，提高隧道地质预报的准确度。
5断层综合超前预报
（1）倾角变换，NE向断层的走向为NE45°~NE60°，SE∠80°，规模较大，经实地勘测可知其长约14km，横跨4个自然村，宽度为15~20m。根据其走向可以推测，隧道在里程YK47+380~YK47+420处将遇到该断层。因此，采用超前预报技术对该断层展开分析预测是必要的。分析现场地质编录资料，发现在里程YK47+392附近拱顶及左侧边墙出现灰岩岩脉，长度为3~5m，宽度为8~18cm，可见明显的压扭状，且围岩有薄板状的岩块，易脱落。根据前期勘察成果，认为这些现象预示着将出现构造带。开挖后，在左侧边墙里程YK47+403.5处发现该断层，宽度约为6m，现场测定产状NE47°、SE∠71°，断层与隧道走向夹角为56°，面稍扭曲，断层往隧道左侧边墙外部延伸较长。（2）地质雷达探测，为了进一步查明隧道掌子面前方的围岩情况，采用探地雷达对YK47+403.5里程掌子面进行探测。探测参数的取值如下：天线中心频率为100MHz，发射率为50kHz，叠加次数为7，高通滤波为225MHz，低通滤波为2500MHz，其他参数采用系统默认的最优值。地质雷达探测时易受外界干扰，干扰所产生的回波信息易误导解译结果。因此，在后期解译时，为了消除或减弱振动、近身强磁场等外界干扰因素造成的假回波，首先需要对雷达原始回波实施背景去除、滤波和叠加处理，然后根据波形和频谱开展解译分析。
结语
一方面，掌子面地质编录能为探地雷达预报的实施提供更加明确的指导信息，起到承前启后的作用；另一方面，在掌子面地质编录的过程中，通过简单的函数计算，可以预测断层的延伸范围和位置。探地雷达属于短距离预报方式，能对掌子面前方近距离范围内的地质情况实施更加精准的预报，起到局部细化诊断的作用。
参考文献：
［1］徐则民，黄润秋.深埋特长隧道及其施工地质灾害［M］.成都：西南交通大学出版社，2000.
［2］王振宇，程围峰，刘越，等.基于掌子面编录和地质雷达的综合超前预报技术［J］.岩石力学与工程学报，2010，29﹙2﹚：3549−3557.
［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.
［4］温世儒，杨晓华，吴霞，等.掌子面前方边墙溶洞的地质雷达探测方法研究［J］.公路交通科技，2014，31﹙10﹚：93−96.
［5］李术才，李树忱，张庆松，等.岩溶裂隙水与不良地质情况超前预报研究［J］.岩石力学与工程学报，2007，26﹙2﹚：217−225.
论文作者:祁彪
论文发表刊物:《基层建设》2019年第17期
论文发表时间:2019/9/12
标签：地质论文; 隧道论文; 断层论文; 超前论文; 围岩论文; 地震波论文; 技术论文; 《基层建设》2019年第17期论文;