隧道超前地质预报技术现状及发展趋势

DOI：10.16661/ki.1672-3791.2018.33.063
隧道超前地质预报技术现状及发展趋势
①
杨芳
(重庆一三六地质队 重庆 401147)
摘 要：伴随着市场经济的不断发展和进步，超前地质预报受到了社会各界广泛的关注，要想完善隧道信息化施工管理工作，提升灾害防治和安全保障水平，就要积极建立健全完整的技术体系，顺应施工管理要求，将多元地球物理信息融合到具体施工项目中，从根本上提高施工综合质量。

本文集中分析了隧道超前地质预报技术现状，并对发展趋势予以讨论，仅供参考。

关键词：隧道超前地质预报技术 现状 发展趋势中图分类号：U452.11 文献标识码：A 文章编号：1672-3791(2018)11(c)-0063-02
1 隧道超前地质预报技术现状
1.1 钻爆法
在隧道超前地质预报技术发展进程中，钻爆法具有非常重要的应用价值，目前，较为常见的是超前钻探体系、地震反射体系以及隧道反射成像技术等，不同的探测体系就能将地质作为媒介有效建立物理框架结构，技术自身的适应范围和敏感特性也较为突出。

地质分析机制中，隧道超前地质预报技术要整合工程地质分析和超前导洞处理技术，从而有效对相关信息和数据进行预报处理，合理性解释应用过程，完善地质资料。

需要注意的是，在隧道超前地质预报技术体系内，主要是应用地质学理论建立对比和论证体系，就能对水文条件和工程地质予以判定，有效结合地质条件划分风险等级，合理性判定重点高风险区域，为隧道超前地质预报技术应用方案的制定提供保障，有效整合地表和隧道内的工程地质调查与分析报告，不仅能充分了解隧道地段实际地质条件，也能对前方地质条件进行预测，结合相关数据就能提高探测工作的准确性，一定
程度上减少工程难度[1]。

1.2 地质雷达法
在应用隧道超前地质预报技术的过程中，为了对含水体予以集中识别和定位处理，就要利用地质雷达法和瞬变电磁法等，将其应用在隧道超前地质预报机制中，能有效对含有水体的响应过程进行监督，建立完整的距离探查机制，确保能维护相关数据的完整性，升级处理工序的控制效果。

除此之外，在20世纪80年代，我国一些机构开始对钻孔地质雷达探测技术进行研究，使得相应技术体系和运行结构也更加明确，尤其是对隧道超前探测单孔反射体系进行处理的过程中，能有效对目标深度和距离、形态进行控制，合理性完成定向控制，并且有效获取目标测定项目，维护单孔雷达的处理效果。

并且，红外探水技术、岩体温度测试法也被应用在掌子面探测项目中，能有效对含水体的地质异常情况进行判定，具有实效性应用价值，且能有效整合温度场分布信息和含水体位置关系判定。

1.3 TBM隧道超前地质预报技术
在隧道处理和地质勘查过程中，因为特殊性和复杂性
①作者简介：杨芳（1986—)，女，汉族，宁夏银川人，本科，工程师，主要从事物探工作。

较为突出，因此，借助TBM施工隧道环境处理机制能有效
升级应用效果，但是，掘进机毕竟较大，加之周围电磁环境较为复杂，在实际应用中会出现磁场畸变问题，甚至会影响章子面的有效地球物理响应。

此时，需要借助瞬变电池技术和地质雷达技术，有效对施工环境予以分析判定，然而，在实际技术应用中依旧会出现超前地质预报的观测空间狭小，难以布置对掌子面前方地球物理响应敏感的观测模式的问题，基于此，要对技术进行优化处理[2]。

2 隧道超前地质预报技术发展趋势
在科学技术不断发展的时代背景下，隧道超前地质预报技术也将呈现出全面升级的趋势，不仅要对自身的问题进行全面修正，也要结合超前探测发展结构建立更加完整的技术体系。

因此，定量化探水技术以及精细化成像技术都将成为未来技术的发展趋势。

2.1 隧道超前地质预报技术定量化发展
在隧道超前地质预报技术体系内，钻爆法具有较为重要的应用价值，且今后的发展也将逐渐趋于定量化处理，能在提升探测数据可靠性、准确性的基础上，建立更加实用的管控体系，并且为预报数据的全面整合处理提供保障。

在定量化探测体系内，压制多解性问题以及突破定量探水问题将成为关键，尤其是对超前预防方式进行观测管理。

例如，在多同源三维定向激发激化探测机制中，最有效的处理和观测方式就是获取信息后对其进行定量分析，以保证数据完整性的基础上。

也就是说，在技术结构中，多元地球物理信息量和反演解释成压制多解性问题的关键。

除此之外，在对隧道超前地质预报技术进行定量处理的过程中，利用室内或者是现场试验对典型探水微观机制进行综合分析，能在建立极化和核磁共振信息体系后，将其和水量进行对比分析，在此基础上提升定量探水处理
工作的合理性[3]。

2.2 TBM施工隧道超前地质预报技术
在一些发达国家，TBM技术在实际应用中具有非常关键的地位，但是在我国TBM技术依旧还是处于初级发展阶段，为了有效优化隧道超前地质预报技术的整体性，就要对可挖掘性和适应性进行综合处理，并且满足不同的类型
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和搭配方式。

另外，相关人员要借助掘进机对震动激发的
被动源地震处理项目予以控制[4]。

多同性源屏蔽聚焦激发极化技术的应用机制具有一定的应用价值，且能将系统控制在掌子面上，合理性维护TBM发展前景，并且要对单孔定向雷达装配系统进行处理，整合联合反演机制，有效填充空白机制。

最重要的是，在应用TBM系统的过程中，能结合特殊要求建立完整的地球物理仪器搭载技术结构，实现超前地质预报设备和TBM机械一体化处理的发展目标，依据试验模型和仪器开发项目就能建立更加系统化的应用体系[5]。

2.3 随钻或钻孔精细超前探测技术
目前，在对导水裂缝以及三四级结构面进行宽度处理的过程中，要借助高分辨率钻孔地球物理技术完成探测工作，且跨孔CT成像探测技术将成为未来发展趋势，能有效对地质雷达参数以及跨空弹波进行综合分析。

基于此，在隧道超前地质预报技术发展项目中，要对空间分辨率进行进一步优化，从而整合跨孔成像规律，为效率管理和因素监督提供保障。

需要注意的是，在对高分辨率电阻率CT成像体系进行研究的过程中还发现，有效借助电阻率CT反演偏导数矩阵就能完成并行解析处理，有效维护耗时管理工作，也为电阻率有效升级和优化奠定基础。

2.4 施工灾害监测技术
在隧道超前地质预报技术不断发展的背景下，将结合地质体导电性以及弹性性质变化进行演化和灾变过程分析，有
效发挥地球物理探测技术的应用效率，也对非接触感知优
势予以控制，合理性整合实时性地质预报技术，真正整合空间定位和时间维度，保证预报技术能在操作过程中发挥实际价值，能超前对灾害赋存源进行定量分析，从而实现对灾变
过程的实时监测，维护管理工序的完整性[6]。

3 结语
总而言之，在隧道超前地质预报技术研究的过程中，要结合实际问题建立健全统筹性较好的处理机制，顺应技术发展趋势，充分整合技术应用体系，结合隧道施工环境优化技术运行要素，保证能提升观测模式的实效性。

参考文献
[1] 周黎明,邱东明,付代光,等.T S P 隧道超前地质预报技术及其3D成果研究与应用[J ].长江科学院院报,2016,33(10):72-78.
[2] 刘世奇.物探技术在高风险隧道超前地质预报中的应用研究[J].铁道勘察,2015(4):37-40.
[3] 刘赟君,韦培富,刘邦胜,等.红外探水技术在隧道超前地质预报中的应用[J].西部交通科技,2015(2):37-41.
[4] 张玉良.综合物探方法在隧道超前地质预报中的应用[J].中小企业管理与科技,2015(8):303-304.
[5] 周建芳.反坡排水情况下的隧道超前地质预报技术与应用[J].山西建筑,2015(19):145-147.
[6] 江帆.基于直方图对比TRT图像识别技术的隧道超前地质预报综合判别方法[D].北京交通大学,2016.
在该测量点的示值误差。

2 测量模型
△P =P -P 0式中：△P为压力误差（kPa）；P 为试验机压力表示值平均值（kPa ）；P 0为精密数字压力表示值（kPa ）。

3 不确定分析评估
3.1 标准不确定度评定
输入量P 的标准不确定度u (P )的评定：其不确定度来源主要是测量重复性引入的不确定度u 1(P )，可以A类方法评定u 1(P )；精密数字压力表的准确度引入的不确定度u 2(P )，可以B类方法评定u 2(P )。

(1)选取一试验机，以精密数字压力表对其-2kPa校准点进行3次测量，得到测量列为下表所示：得到测量列为-2.007kPa、-2.004kPa、-2.002kPa。

其所求的平均
值：3
1
1
3i i P P ===∑-2.004kPa；单次实验标准偏差：极差法计
算(系数C =1.69)：s =0.005/1.69=3.0Pa，实际测量中是在
重复性条件下测量3次，取其值为测量结果，
7
.13
)(1==−
s
P u Pa。

(2)0.2级精密数字压力表在-2kPa的最大允许误差为±20Pa，估计为均匀分布，
其引入的标准不确定度为：
2()11.5Pa u P ακ=。

标准不确定度分量表见表1。

3.2 合成标准不确定度的评定
灵敏系数：由：△P =P -P 0得，c 1=11
=∂∆∂=P P =1，c 2=−=∂∆∂=P
P
=-1，输入量P与P
彼此独立,不相关,()u P ∆==11.6Pa 或表达为u cr (△P )=0.12%FS。

3.3 扩展不确定度的评定
取包含因子k =2，则U rel =k ·u cr =0.3%。

4 结语
按照以上分析评估结果，试验机的压力在-2kPa校准点的测量结果扩展不确定度为U rel =0.3%FS。

它是由合成标准不确定度u cr (△P )=0.12%FS和包含因子k =2之乘积得到。

该结果是作为表征合理赋予被测量值的分散性，也表明该检测项目的校准和测量能力（CMC ）为：U rel =0.3%FS，包含因子。

参考文献
[1] 国家质量监督检验检疫总局.JJF 1059.1-2012测量不确定度评定与表示[S].北京:中国质检出版社,2012.[2] 国家质量监督检验检疫总局.JJF 1094-2002测量仪器特性评定[S].北京:中国计量出版社,2003.
[3] 国家质量监督检验检疫总局.GB/B T27025-2008检测和校准实验室能力的通用要求[S].北京:中国标准出版社,2008.
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