隧道常用地质超前预报方法
隧道及地下工程超前地质预报技术介绍武广.ppt
波反射法、陆地声纳法、负视速度法、地质雷达、红外探
测、单孔和跨孔CT等。
3 超前地质预报的主要手段
3.2 各种主要预报手段
3.2.1 地质分析法
地质素描法
1、原理
利用地质理论和作图法，将隧道
所揭露的地层岩性、地质构造、结构
面产状、地下水出露点位置及出水状
态、出水量、煤层、溶洞等准确记录
下来并绘制成图表，结合已有勘测资
平行导坑法是在隧道正洞左边或右边一定距离开挖一个平行的断面较小的导坑，
以导坑中的地质情况通过地质理论和作图法预报正洞地质条件的方法。平行导坑的作
用很多（如排水、减压放水、改善通风条件、增加工作面及探明地质条件等），地质
预报只是其中用途之一，一般只是当设计图纸中有平导设计的才采用该法，因其费用
极为昂贵。
3.2.3 超前钻探预报法 3.2.3.1 深孔水平钻探 技术人员利用钻孔测试水压 超前钻探取的溶洞填充物
超前地质预报的主要手段
3.2各种主要预报手段
3.2.3 超前钻探预报法 3.2.3.1 深孔水平钻探 超前水平钻孔揭露岩溶水（见下图）
3 超前地质预报的主要手段
3.2 各种主要预报手段
3.2.3 超前钻探预报法
3.2.3.1 深孔水平钻探
2、优缺点
优点：
① 可比较直观地告诉我们钻孔所经过部位的地层岩性、岩体完整程度、 裂隙度、溶洞大小、有没有水以及可测水压高低等。
② 煤系地层可进行孔内煤与瓦斯参数测定，采取适宜防治措施，防治煤 与瓦斯突出危险性。（《铁路瓦斯隧道技术规范》(TB10120—2002））
汇报提纲
1 国内外历史及现状 2 超前地质预报的目的、任务及工作内容 3 超前地质预报的主要手段 4 工艺流程及操作要点 5 材料 6 机具设备 7 劳动组织 8 安全措施 9 预报实例 10 存在问题
超前地质预测预报方法及其内容
超前地质预测预报方法及其内容根据地质情况、风险源及其风险等级，采用不同的超前探测方法，风别为地质调查法、物探法机超前钻探法，现将各方法采用的具体手段及操作分述下：(一)地质调查法1、内容地质调查法包括隧道地表补充地质调查和隧道内地质素描等；（1）地表调查A、地层、岩性在隧道地表的出露及接触关系，特别是标志层的熟悉和确认。
B、地表岩溶发育位置、规模及其分布。
（2）洞内地质素描：包括开挖工作面地质素描和洞身地质素描。
主要内容为：A、地层岩性：描述地层年代、岩性、层间结合程度、分化程度等；B、地质构造：描述皱褶、断层、节理裂隙特征、岩层产状等。
断层的位置、产状、性质、破碎带的宽度、物质成分、含水情况以及与隧道的关系。
节理裂隙的组数、产状、间距、充填物、延伸长度、张开度及节理特征、力学性质、分析组合特征、判断岩体完整程度。
C、岩溶：描述岩溶规模、形态、位置及所属地层和构造部位，充填物成分、形态，以及岩溶展布的空间关系。
、D、地下水分布、出路形态及围岩的透水性、水量、水压、水温、颜色、泥沙含量测定，以及地下水活动对围岩稳定的影响，必要时长期观测。
E、水质分析，判定地下水对结构材料的侵蚀性。
F、出水点和地层岩性、地质构造、岩溶、暗河等关系分析。
G、岩溶隧道进行地表相关气象、水文观测，判断洞内涌水与地表径流、降雨的关系。
并建立涌突水点地质档案。
（3）记录不同工程地质条件、水文地质条件下隧道围岩稳定性、支护方式及初期支护后的变形情况。
(4)地质调查法的相关要求及表格按《铁路隧道超前地质预测预报技术指南》附表E及附表F、《铁路隧道工程施工技术指南》附录A办理。
（二）物探法1、方法类型（1）地震波反射法适应于划分地层界线、查找地质构造、探测不良地质体的厚度和范围。
在软弱围岩地层和岩溶发育地区，每次预报距离采用100m，在完整的硬质岩地层每次预报采用150m。
其相关技术要求按《铁路隧道超前地质预报技术指南办理》。
（2）水平声波剖面法适应于划分地层界线、查找地质构造、探测不良地质体的厚度和范围。
隧道施工地质超前预报方法
隧道施工地质超前预报方法隧道施工是现代城市建设和交通运输发展中不可或缺的一部分。
然而，由于地质条件的复杂性和不确定性，隧道施工常常面临诸多挑战和风险。
为了有效地应对这些挑战和风险，隧道施工地质超前预报方法应运而生。
地质超前预报方法是指在隧道施工过程中，通过对地质情况的科学分析和预测，提前了解隧道施工所面临的地质条件和隐患，并制定相应的施工方案和安全措施。
这种方法可以提高施工的效率和质量，减少事故的发生，降低施工成本，是隧道施工中不可或缺的一环。
隧道施工地质超前预报方法主要包括以下几个方面：1.地质勘探：地质勘探是隧道施工地质超前预报的基础工作。
地质勘探包括地质地貌、岩土工程和水文地质等方面的调查和研究。
通过地质勘探，可以了解隧道施工区域的地质结构、岩土工程性质和水文地质条件，为隧道施工提供准确的地质数据和信息。
2.地质分析：地质分析是在地质勘探的基础上，对地质数据进行科学分析和综合评价。
地质分析可以通过地质剖面图、岩芯分析、地质构造分析等手段，对隧道施工区域的地质条件进行综合评估，确定可能存在的地质问题和风险。
3.地质预测：地质预测是在地质分析的基础上，对隧道施工过程中可能发生的地质灾害进行预测。
地质预测可以通过建立地质模型、数值模拟和经验方法等手段，对可能发生的地质灾害进行定量分析和预测，为隧道施工提供预警和控制措施。
4.施工监测：施工监测是在隧道施工过程中，对地质条件和隧道变形进行实时监测和记录。
施工监测可以通过使用传感器、监测仪器和遥感技术等手段，对隧道施工过程中的地质变化和隐患进行及时监测和预警，为施工方提供及时的决策依据和调整施工方案。
5.风险评估：风险评估是在地质预测和施工监测的基础上，对隧道施工过程中的地质风险进行定量评估和分析。
风险评估可以通过建立风险模型和评估方法，对隧道施工中可能发生的地质灾害的概率和影响进行评估，为施工方提供风险控制和决策支持。
通过以上几个方面的工作，隧道施工地质超前预报方法可以有效地减少隧道施工中的地质风险和事故发生的可能性，提高施工效率和质量，降低施工成本。
隧道超前地质预报原理及新方法应用实例
隧道超前地质预报采用综合物探方法一览表 表-１
按照《铁路隧道超前地质预报技术指南 》铁建设[2008]105号中的划分,隧道内的物 理探测方法有以下四类：
⑴弹性波反射法；
⑵电磁波反射法；
⑶红外探测法；
⑷高分辨直流电法. 下面按上述分类探讨物探方法在隧道超前 地质预报中的原理及方法.
⑵ 由于地质灾害体的存在,仅依靠施工揭露再行处理 的办法,带有很大的盲目性,常常发生各种突发事故,造成 投资增加、人员和施工设备伤害、工期延误等诸多问题.
因此,采用科学的、先进的隧道超前地质预报方法来 准确地预报隧道所通过范围内的不良地质体的性质、规模 和状态是非常必要的.
2、物探方法在隧道超前地质预报中的重要性
第二部分 隧道超前地质预报的物探方法原理与 施作要点
一、弹性波反射法 二、电磁波反射的法 三、红外探测法 四、高分辨直流电法
一、弹性反射波法
• 弹性波反射法是利用人工激发的地震波、声波在不均匀地 质体中所产生的反射波特性来预报隧道掌子面前方地质情 况的一种物探方法,它包括地震波反射法、水平声波反射 法、负视速度法和极小偏移距高频反射连续剖面法等方法 .
野外施测时采用：在掌子面后方60米处,朝掌子面方 向每隔5m对隧道周边探测一次,每次探测顺序依次为左边 墙、左拱腰、拱顶、右拱腰、右边墙和隧底中线,共探测 12个断面,这样沿隧道轴线方向共形成6条探测曲线,分别 为左边墙探测曲线、左拱腰探测曲线、拱顶探测曲线、右 拱腰探测曲线、右边墙探测曲线和隧底中线探测曲线.
• 按照《铁路隧道超前地质预报技术指南》铁建设 [2008]105号中的规定： 隧道超前地质预报应采用地质调查与勘探相结合、物 探与钻探相结合、长距离预报与短距离预报相结合、地面 与地下相结合、超前导坑与主洞相结合的指导思想,通过 对各种方法的预报结果综合分析解释,相互印证,有利于提 高预报的准确率,积极为隧道的安全施工提供必要的技术 支撑.
隧道工程—超前地质探测与预报方法
隧道工程—超前地质探测与预报方法根据隧道工程地质条件，结合以往施工中在超前地质探测与预报方面所积累的经验，拟采用TSP203地质预报系统、地质雷达、超前钻探法、红外线探水仪等进行地质预报，并预测开挖工作面前方一定范围内围岩的工程地质和水文地质条件。
初步确定本次施工采用以下方法进行超前地质探测与预报。
一、TSP203超前地质预报系统TSP203超前地质预报系统是利用地震波在不均匀地质中产生的反射波特性来预报隧道掘进面前方及周围临近区域地质状况。
它是在掌子面后方边墙一定范围内布置一排爆破点，进行微弱爆破，产生的地震波信号在隧道周围岩体内传播，当岩石强度发生变化，比如有断层或岩层变化时，会造成一部分信号返回，界面两侧岩石的强度差别越大，反射回来的信号、返回的时间和方向，通过专用数据处理软件处理，得到岩体强度变化界面的信号也就越强。
返回信号被经过特殊设计的接收器接收转化成信号并进行放大，根据信号返回的时间和方向，通过专用数据处理软件处理，就得到岩体强度变化界面的位置及方位。
TSP203地质预报系统实际操作中有如下特点：适用范围广，适用于极软岩至极硬岩的任何地质情况；距离长，能预测掌子面前100m～200m范围内的地质状况，围岩越硬越完整预报长度就越大；对施工干扰小，可在施工间隙进行，即使专门安排时间，也不过一小时左右；TSP203地质预报系统现场测试示意见下图。
图 TSP203地质预报系统现场测试示意图提交资料及时，在现场采集数据的第二天即可提交正式成果报告。
采用专用处理软件，将复杂多解的波形分析转换为直观的单一解的波形能量分析图。
将隧道顶部和底部的波形能量分析图分析确定之后，可得出断层破碎带、软弱夹层或其它不良地质相对于隧道的空间位置，计算机自动绘出弹形波速度有差异的地质界面相对于隧道轴线的地质平面图和纵断面图。
但也存在预报准确性和预报精度方面的问题，需要采用其他预报手段来补充和完善。
数据处理流程见图3-5-4。
各种隧道超前地质预报方法优缺点分析
各种隧道超前地质预报方法优缺点分析隧道超前地质预报是在施工前期地质勘查成果的基础上，进一步查明掌子面前方一定范围内围岩的地质条件。
超前探测地层岩性、软弱层的位置、岩体完整程度、断裂带位置及宽度、围岩富水性等不良地质以及隐伏的重大地质问题。
为隧道信息化设计、支护参数变更及施工方案优化提供依据,指导施工顺利进行,确保施工安全。
中交路桥科技有限公司专业从事隧道超前地质预报，小乔接下来将为您介绍目前工程上主要用到的超前地质预报方法：地质调查法、超前钻探法、物探法、超前导坑预报法、数码成像技术等。
1、地质调查法地质调查法是根据隧道已有勘察资料、地表补充地质调查资料和隧道内地质素描，通过地层层序对比、地层分界线及构造线地下和地表相关性分析、断层要素与隧道几何参数的相关性分析、临近隧道内不良地质体的前兆分析等，利用常规地质理论、地质作图和趋势分析等,推测开挖工作面前方可能揭示地质情况的一种超前地质预报方法。
优点：地质调查法不占用施工时间，该方法设备简单（地质罗盘)、操作方便、预报效率高、效果好、费用低，且能为整座隧道提供完整的地质资料。
缺点：对与隧道交角较大而又向前倾的结构面容易产生漏报，对操作人员地质知识水平要求较高，一般要求专业地质人员来完成.2、物探法2。
1 电磁波反射法电磁波反射法超前地质预报主要采用地质雷达法.中交路桥科技有限公司拥有多套地质雷达，地质雷达探测是利用电磁波在隧道开挖工作面前方岩体中的传播及反射，根据传播速度、反射走时和波形特征进行超前地质预报的一种物探方法。
优点：将发射天线和接收天线集于一体，具有分辨率高、快速、无损、连续检测、实时显示等特点。
在地表探测5～30m范围内的地下地层或地质异常体(溶洞、土洞、断裂、空隙等）反射信号还是比较明显的，也是一种比较理想的手段。
缺点：仪器密封性差，洞内不易防水、防潮、防尘，易造成仪器损坏,特别是没有专门的天线，操作起来费时费力，且效果不好；探测距离太短，一次只能探测5～30m。
隧道超前地质预报方法
隧道超前地质预报方法
隧道超前地质预报方法是一种通过地质勘探和预测技术来预测隧道施工中可能遇到的地质条件，从而提前采取相应的措施来降低风险和成本。
这些方法包括：
1.地质勘察：通过地质调查、地质钻探等手段，获取隧道施工区域的地质资料，了解地层结构、岩石类型、地下水情况等信息，以及可能存在的地质灾害隐患。
2.地质预测技术：利用地球物理勘探、遥感技术、地质雷达等先进技术手段，对隧道施工区域进行地质预测，预测可能遇到的地质问题和隐患。
3.数值模拟和风险评估：通过数值模拟和风险评估技术，对隧道施工中可能遇到的地质条件进行量化分析，评估可能的影响和风险程度。
4.监测预警系统：建立地质监测预警系统，对隧道施工过程中的地质情况进行实时监测和预警，及时发现和应对地质灾害隐患。
通过以上方法，可以提前预测和控制隧道施工中的地质风险，为工程施工提供科学依据，降低工程风险和成本。
隧道工程超前地质预报和监控量测指南
隧道工程超前地质预报和监控量测指南1、超前地质预报(1)预报内容①地层岩性。
特别是对软弱夹层、破碎地层、煤层及特殊岩土的预测预报。
②地质构造。
特别是对断层、节理密集带、褶皱轴等影响岩体完整性的构造发育情况的预测预报。
③不良地质。
特别是溶洞、暗河、人为坑洞、放射性、有害气体及高地应力等发育情况的预测预报。
④地下水。
特别是对岩溶管道水、富水断层、富水褶皱轴及富水地层等的预测预报。
(2)预报方法①超前地质预报方法按预报原理可分为地质分析法、钻探法、物探法和超前导坑法。
A、地质分析法。
包括地层分界线、构造线，地下和地表相关性分析、地质作图等。
B、钻探法。
包括深孔水平钻探、5-8m加深炮孔探测及孔内摄影。
C、物探法。
包括地震波反射法、声波反射法、电磁波反射法、红外探测法等。
D、超前导坑法。
包括平行超前导坑法、正洞超前导坑法。
②超前地质预报按预报长度可分为长距离预报(大于200m),中长距离预报(30~200m)和短距离预报(小于30m).③超前地质预报按采用的预报手段数量可分为单一方法地质预报和综合超前地质预报。
(3)预报分级①根据地质灾害对隧道施工安全的危害程度，分为以下四级：A级存在重大地质灾害隐患的地段，如大型暗河系统，可溶岩与非可溶岩接触带，软弱、破碎、富水、导水性良好的地层和大型断层破碎带，特殊地质地段，重大物探异常地段，可能产生大型、特大型突水突泥地段，诱发重大环境地质灾害的地段，高地应力、瓦斯、天然气、放射性问题严重的地段以及人为坑洞等。
B级中、小型突水突泥地段，物探发现存在较大异常地段、断裂带等。
C级水文地质条件较好的碳酸盐岩及碎屑岩地段、小型断层破碎带，发生突水突泥的可能性较小。
D级非可溶岩地段，发生突水突泥的可能性极小。
②不同地质风险地段的预报方式：A级预报采用地质分析法、地震波反射法或声波反射法、地质雷达、红外探测、超前水平钻探等手段进行综合预报。
首先以地质分析法进行长距离预报，然后采用中长距离地震波反射法或声波反射法和一种或几种短距离物探方法相结合进行预报，同时进行多孔超前钻探探查。
隧道超前地质预报方法
隧道超前地质预报方法隧道超前地质预报是一种通过某种方法，在施工前预测和评估隧道施工过程中可能遇到的地质问题和风险的技术。
它对隧道施工的安全和效率起着至关重要的作用。
本文将介绍一些常用的隧道超前地质预报方法。
1. 阶段性地质调查方法：在隧道施工前，进行阶段性的地质调查，包括采取地质勘探、钻孔、取样等手段获取地质数据，通过对地层的分析和解释，预测可能遇到的地质问题和风险。
这种方法的优点是相对简单易行，可以提供较为准确的地质信息，但是由于只在施工前进行调查，可能对一些时间变化较大的地质问题预测不准确。
2. 无人机航测方法：利用无人机进行航测，获取隧道施工区域的高分辨率影像和三维数据，通过对这些数据的分析和处理，可以初步判断隧道的地质情况，并预测可能出现的地质问题。
这种方法的优点是成本相对较低，覆盖范围广，可以快速获取地质信息，但是由于分辨率有限，可能无法准确预测细微的地质问题。
3. 地质雷达方法：地质雷达是一种利用地质物理方法来探测地下结构和地质体的设备。
通过对隧道施工区域进行地质雷达勘探，可以获取地下结构的信息，识别隧道施工过程中可能遇到的地质问题，如断层、裂隙、溶洞等。
这种方法的优点是能够提供较为准确和详细的地质信息，可以实时监测地下结构的变化，但是设备昂贵，需要专业技术人员操作。
4. 地质参数反演方法：通过对隧道施工区域进行地震波、电磁波等探测，采集地质参数的信息，然后利用逆推算法进行计算和分析，预测可能遇到的地质问题。
这种方法的优点是能够提供较为准确的地质参数，可以实时监测地下结构的变化，但是设备昂贵，需要专业技术人员操作。
5. 数值模拟方法：利用数值模拟软件对隧道施工过程进行模拟和预测，通过对地下结构和地质条件的建模，可以模拟施工过程中可能遇到的地质问题和风险，如地层塌陷、岩爆等。
这种方法的优点是可以模拟多种地质情况，提供全面的地质信息，但是需要较强的计算能力和专业的技术支持。
总之，隧道超前地质预报方法是一项复杂而关键的技术，需要综合运用多种方法和手段，才能提供准确和可靠的地质预报结果。
隧道的地质超前预报方法与不良地质施工措施
我们在隧道的施工过程中会遇到各种不良地质,为避免盲目性,使施工方案和技术措施更科学合理，开展地质超前预报十分必要。
地质超前预报对不良地质能做到早发现，早预防，从而采取恰当的处理措施,减少和化解不良地质给施工带来的不利影响。
1 地质超前预报方法1.1 超前导坑法长隧道和特长隧道大都设有平行导坑。
平导普通与路线平行，距路线20m~30m 不等。
施工过程中利用平导先行的优势，认真采集和积累地质资料，并根据平导开挖过程中揭示的地质资料指导正洞施工，从而使正洞的施工方案和技术手段都建立在科学合理的基础上。
平导开挖断面小，即使浮现不良地质也容易处理，对施工影响不大。
因此,超前导坑法在长隧道和特长隧道施工中被广泛采用。
1 。
2 超前水平钻探法采用隧道专用钻机进行超前水平钻探，来探明开挖前方的地质情况。
超前水平钻探其实并非彻底“水平”,带有一定的角度.与地震波反射法、地质雷达探测法相比,超前水平钻探法具有更直观、更准确的特点。
超前水平钻探法虽是“一孔之见”，却能起到“管中窥豹”的作用。
超前水平钻探法主要用于探测煤层、瓦斯、断层、溶腔、突水、涌泥等不良地质。
超前水平钻探法探测的距离长，探明的不良地质距工作面较远，便于提前调整施工方案和技术措施。
1.3 超长炮孔钻探法超长炮孔钻探法指的是在掘进过程中，每次打眼都用5m 钻杆在隧道拱部和底部各钻两个探测孔，放炮则控制在3m 以内，使工作面始终保持距不良地质2m 以上的安全距离。
当钻孔浮现不良地质征兆时，可以及时采取应对措施。
采用超长炮孔钻探法，避免了钻机的频繁挪移，可以不中断隧道的正常掘进，简便易行、事半功倍。
超长探孔还可兼做炮眼,节约成本，提高功效。
1 。
4 地震波反射法-—TSP-203 系统TSP 超前地质预报系统是目前隧道及地下工程地质预报工作中，采用的较为先进的设备。
其工作原理是利用地震波的回波原理，人工创造一系列有规则罗列的轻微震源，形成一个地震源断面；同时，三维地震波接收器在计算机的监控下，采集这些震源所发出的震波沿隧道前方及四周区域传播而遭遇不良地质体(如地层层面、节理面、特殊是断层破碎带界面和溶洞、暗河等)被反射返回的地震波数据.这些回波信号的传播速度、延迟时间、波形、强度和方向，是与相应不良地质体的性质和分布状况密切相关的.在一定间隔距离内连续采用上述方法，可以得到前方地层的地质力学参数，如杨氏模量和横向变形系数等，从而预报隧道前方及周围临近区域的地质状况，判断开挖面前方100m~200m 范围内的地质情况。
隧道地质超前预报技术
之后，突发大规模突水突泥，峰值涌水量30万方/小时，持续30分钟后稳定，总突水量15.1万方，突泥石5.35万方。
3
突水点附近约200m被块石、泥沙充满；
4
距突水点500m处淤积泥沙厚度约3米。
龙麟宫隧道
DK231+796半充填大型溶洞 2006年8月5日揭示该溶洞。溶洞发育纵向长100m、横向宽150m、向上高出拱顶以上10m、向下深21m。
锦屏二级水电站长探洞内曾发生瞬时涌水量大于等于0. 1 m3/s 的突水突泥点10 处, 最大突水点的最大瞬时涌水量达4. 91m3ˆs, 造成施工设备被淹, 严重影响施工工期。
武隆铁路隧道施工过程中遭遇到三条地下暗河, 最大平均涌水量达16. 2m3ˆs, 冲毁路基及洞口。 这些涌水点除具有突发性的特点外, 其涌水初期均携带有大量砂粘土, 造成洞内淤积。且大多隧洞施工过程中所出现的涌水现象, 已引起一定的环境地质问题。
齐岳山隧道进口正洞DK363+090超前探测涌水
齐岳山隧道进口正洞DK363+629超前探测涌水
齐岳山隧道出口F11断层超前探孔涌水
齐岳山隧道出口PDK366+195高压水
2004年5月31日，齐岳山隧道平导施工至PDK361+870处，采用超前炮眼孔进行超前探测时，探孔中射出高压水，射程5m，单孔涌水量60方/小时。
随后加强探测：前方发育充水溶槽，溶槽由左上向右下发育，最大宽度12m。测试水压力为0.26MPa，预测涌水量为3000方/小时。
云雾山隧道“617、526溶腔”突水涌砂：2008年7月21日，隧道出口DK245+645超前探孔时发生突水涌砂，瞬间涌水量达780方/小时，涌砂约1000方，涌水造成Ⅰ线淹井1035m、Ⅱ线淹井710m。 8月26日完成抽水及清砂。 9月6日，10#横通道超前探孔时又发生突水涌砂，再次造成淹井。 10月12日，隧道进口Ⅱ线遭遇ⅡDK245+526溶腔，溶腔内充填泥砂，探测期间突出泥砂约250方，涌水量约为90方/小时。
隧道工程超前地质预报措施
隧道工程超前地质预报措施本工程超前地质预报工作已由业主另行招标，由专业公司进行施作；但为保证施工安全和超前预报的及时性，我部在施工中，也要进行必要超前地质预报工作。
隧道施工中的地质预报方法，主要是根据地表和已开挖的隧道地段的地质调查和各种探测方法取得的资料，以及地质推断法预测开挖工作面前方一定长度范围内(一般每次预测长度为10～20m)围岩的工程地质和水文地质条件。
（1）地质预报内容超前地质预报内容如下：①隧道穿越不稳定岩层较大断层预测；②出现岩溶地段预测；③出现涌水地段预测；④软岩出现内鼓、片劈掉块地段预测；⑤岩体突然开裂或原裂隙逐渐增宽等危害性预测；⑥位移变形加快影响围岩稳定预测；⑦可能出现塌方、滑动影响预测；⑧浅埋段下沉裂缝对隧道稳定预测；⑨地质条件变化对施工影响程度预测。
（2）超前地质探测①根据开挖工作面前推法预测；②用相似比拟法对隧道涌水预测；③根据超前炮眼钻孔对涌水量预测；④开挖工作面浅孔钻探预测；⑤在接近设计提供不良地质地段时，加强地质预报。
在开挖工作面进行浅孔钻探(每工作面两个钻孔)，用于探明前方地质，发现地下水较大时，则进一步钻孔放水，防止涌水发生。
断层破碎带及溶洞地段采用钻进式注浆锚杆超前预支护、钢架、喷锚网防护，缩短循环进尺，尽量采用人工开挖或机械开挖，减少对围岩的扰动，及时支护，做到随挖随护。
并进行隧道开挖面地质素描图和隧道地质展示图记录。
（3）超前预测方法施工中充分利用超前预报作用。
根据施工中记录的地质素描图和地质展示图组织施工，及时调整支护参数。
工作面上采用两个钻探孔辅助地质预报。
钻探孔长度一般为20m。
采用浅孔钻探方法，主要是在钻进过程中，从钻进的时间、速度、压力、冲洗液的颜色、成分以及卡钻、跳钻等和岩性、构造性质及地下水等情况掌握地质条件。
例如，在遇到断层泥时，钻进时间短、钻进速度快，钻孔冲洗液浑浊、呈白色；遇卡钻时，说明岩体破碎；遇跳钻时，则可能有空洞或溶洞等等。
隧道超前地质预报方法
隧道超前地质预报方法隧道超前地质预报是指在隧道开挖过程中，利用各种地质调查技术和方法对隧道未来施工区域的地质情况进行预测和评估。
通过提前对地质情况进行预测，可以有效降低隧道施工风险，保证施工进度，减少经济损失。
隧道超前地质预报的方法有很多种，主要包括实地地质调查、岩芯取样、地质勘探、灰色预测、神经网络、监测技术等。
下面我将对其中几种常用的方法进行简要介绍。
首先是实地地质调查，在开挖隧道之前，需要对隧道施工区域的地质情况进行详细调查。
这一步骤包括现场观察、地质剖面记录、地形测量等，通过对现场地质特征的观察和记录，可以初步了解地质情况，为后续的预测提供依据。
其次是岩芯取样。
隧道地质预报中，通过取样分析岩石的物理力学性质、构造和组成等，可以判断岩石的稳定性和隧道开挖后的变形情况。
岩芯取样需要在隧道开挖前进行，取得的岩芯样品需要送往实验室进行分析和测试。
第三种方法是地质勘探。
隧道开挖前需要进行地质勘探，主要包括地质雷达、地电阻率测量、地震勘探等技术。
地质勘探可以帮助了解地下结构和地质情况，通过对地质勘探数据的分析，可以预测隧道开挖过程中可能遇到的地质问题，如断层、脆弱带等。
另一种方法是灰色预测。
灰色预测方法是根据已知数据进行模型建立，通过建立若干个模型对未知数据进行预测，从而得出一种接近真实情况的预测结果。
在隧道超前地质预报中，可以通过灰色预测方法对隧道未来施工区域的地质情况进行预测和评估。
此外，神经网络也是一种常用的超前地质预报方法。
神经网络是一种模拟人类大脑学习和识别模式的计算模型，可以通过训练和学习来对未知数据进行预测。
在隧道地质预报中，可以通过建立神经网络模型，输入地质参数和已知的工况数据，得出一种可能的地质预测结果。
最后，隧道超前地质预报中的监测技术也是非常重要的一种方法。
通过在隧道开挖过程中对地下水位、地下位移、应力等进行实时监测，可以及时发现地质问题，并采取相应的措施进行处理和修补。
监测数据可以为隧道工程的现场管理提供科学的依据和指导。
隧道超前地质预报实施方案
隧道超前地质预报实施方案
实施隧道超前地质预报方案的主要步骤如下：
1. 地质勘探：根据隧道所经过的地质环境，进行详细的地
质勘探。
这包括地质剖面和岩体测试，以了解隧道穿越的
地层类型、岩体强度、断层和裂隙的分布等重要地质参数。
2. 地质分析：根据地质勘探数据，进行地质分析，确定隧
道施工中可能面临的地质灾害风险，如岩体不稳定、地下
水涌出、地震活动等。
3. 大量监测：通过设置一系列的监测点和使用现代地质监
测设备，对隧道区域的地质变化进行实时监测。
这包括地
表位移、地下水位、震动等参数的监测。
4. 数据解读：对监测数据进行分析和解读，及时发现地质
变化的迹象，预警可能发生的地质灾害。
5. 建立预警系统：根据地质监测数据，建立预警系统，及
时向监测人员发出预警信息。
6. 采取预警措施：根据预警信息，采取相应的措施来防范
和减轻地质灾害的影响。
例如，加固地下水封堵、加固和
注浆处理不稳定的岩体区域等。
7. 监测和调整：在施工过程中，持续地进行地质监测和调
整预警措施，确保隧道的安全施工。
总结起来，隧道超前地质预报实施方案主要包括地质勘探、地质分析、大量监测、数据解读、建立预警系统、采取预
警措施和监测调整等步骤，旨在提前预警可能发生的地质
灾害，保障隧道的安全施工和运营。
隧道地质超前预报技术
• 隧道地质超前预报技术概述 • 隧道地质超前预报技术方法 • 数据采集与处理 • 隧道地质超前预报技术应用案例 • 隧道地质超前预报技术挑战与解决方案 • 总结与展望
01
隧道地质超前预报技术概述
定义与背景
定义
隧道地质超前预报技术是在隧道开挖前，利用地质勘探、地球物理勘探等手段， 对隧道掌子面前方地质情况进行预测和预报的技术。
03
缺点
分辨率相对较低，对小规模地质异常体他方法
TSP法
利用地震波在不均匀地质体中产生的反射波特性来预报隧 道掌子面前方的地质情况。该方法具有探测距离远、分辨 率高等优点，但设备昂贵且操作复杂。
水平钻探法
在隧道掌子面或侧壁进行水平钻探，直接揭露前方地质情 况。该方法直观可靠，但成本较高且施工周期长。
数据解释
根据提取的特征，结合地质知识和经验，对隧道 掌子面前方的地质情况进行推断和解释。
数据可视化展示
二维图像展示
将处理后的数据以二维图 像的形式展示，如地质雷 达剖面图、地震波时间-深 度剖面图等。
三维模型展示
利用三维建模技术，将多 个二维图像组合成三维模 型，更直观地展示隧道掌 子面前方的地质情况。
智能化预报系统
借助大数据、云计算等先进技术，构建智能化隧道地质超 前预报系统，实现数据自动处理、实时分析和预警功能。
多学科交叉融合
隧道地质超前预报技术的发展将更加注重多学科交叉融合，包括地质学、地球 物理学、工程学等学科的深度融合，共同推动隧道地质超前预报技术的进步。
06
总结与展望
研究成果总结回顾
虚拟现实技术展示
结合虚拟现实技术，将三 维模型以更真实的方式呈 现给用户，提供沉浸式的 体验。
隧道施工地质超前预报方法主要有以下几种
隧道施工地质超前预报方法主要有以下几种物探法近来运用愈来愈广泛，已经是现今隧道超前预报中不可或缺的核心手段。
常用的方法有的地震反射波法、声波测试、红外探水、电磁波法等。
1.声波法。
主要有岩面测试和孔内测试两种，其中孔内测试又分为单孔和双孔测试，目前应用的方法有HSP法和CT法。
1水平地震剖面法（HSP）○。
分为超前水平布置和双侧水平布置。
超前水平布置将发射源、接收检波器分别置于掌子面前方的两个超前水平钻孔中；双侧水平布置则是将发射源、接收检波器分别置于靠近掌子面的隧道两侧边墙的两排水平钻孔中。
发射源、接收检波器同步相错斜交移动，从而完成一次HSP数据的采集工作。
HSP的探测方式减小或者排除了隧道威严爆破松动圈的英系那个，可获得面波少、S/N比高的数据，能取得高精度的测试效果，同时避免了隧道中CDP法偏移距不足的缺陷。
为确保高分辨率，HSP系统采用了较高的频率范围。
2CT法。
混凝土声波CT层析成像法借助一血某射线断层扫○描的基本手段，结合其物理力学性质的相关分析，采用射线走时和振幅来重构混凝土内部声速值及衰减系数的场分布，通过像素、色谱、立体网络的综合展示，以达到直观反映混凝土内部结构图像之目的。
2．地质雷达法。
采用连续扫描电磁波反射曲线的叠加，利用电磁波在隧道掌子面前方岩体中的传播、反射原理，根据测到的反射脉冲波走时计算反射界面距隧道施工掌子面的距离。
地质雷达被认为是目前分辨率最高的地球物理方法，但是由于预报距离短，易受隧道洞内机器、管线的干扰，目前多用于岩溶洞穴、含水带和破碎带的探测预报。
3．TSP法。
原理与地震反射负式速度法相同，但其采用深度偏移法，且在成像前进行二维Radon变换。
利用视速度差异，消除与隧道走向近乎平行的反射界面，由于受观测方式限制，不可能给出准确的断层产状、位置和岩体波速。
4.红外探水技术。
在隧道中，围岩每时每刻都在发射红外波段的电磁波，并形成红外辐射场，辐射场有密度、能量、方向等信息，岩层在向外发射红外辐射的同时，必然会把它内部的地质信息传递出来。
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隧道地质超前预报方法
第一章、常用地质预报方法
目前在隧道施工期间采用的超前地质预报方法从专业技术方面可分为常规地质法和物探法两大类，具体有以下几种：（1）超前导坑；（2）正洞地质素描；（3）水平超前探孔；（4）声波测试；（5）红外探水；；（6）电磁波法。
（7）弹性波法
第一节、超前导坑法
超前导坑法可分为超前平行导坑和超前正洞导坑。
平行导坑的布置平行于正洞，断面小而且和正洞之间有一定的距离，在施工过程中对导坑中遇到的构造、结构面或地下水等情况作地质素描图，通过做地质素描图对正洞的地质条件进行预报。
采用平行导坑预报的优点是：平行导坑超前的距离越长，预报也越早，施工中就有充分的准备时间，可以增加工作面，加快施工进度，还可以起到排水减压放水，改善通风条件和探明地质构造条件的作用。
采用超前平行导坑进行预报比较直观，精度高，预报的距离长，便于施工人员安排施工计划和调整施工方案。
超前正洞导坑布置在正洞中，其作用与平行导坑相比，效果更好。
但是采用超前
导坑法进行预报也有缺陷：一是成本太高，有时需要全洞进行平导开挖；二是在构造复杂地区准确度不高。
第二节、正洞地质素描
地质素描是对开挖面的地质情况如实而准确的反映。
素描的主要内容包括地层岩性、构造发育情况（含断层、贯穿性节理、夹层或岩脉）、地下水的出水状态、围岩的稳定性及初期支护采用的方法等。
正洞地质素描是利用所见到正洞已开挖段的地质情况预报前方可能出现的不良地质条件（断层等）。
针对断层而言，又分断层露头作图法和断层前兆特征法。
断层露头作图法对结构面向开挖后方倾斜的断层预报效果较好，因为断层先在隧道底出露，对岩体稳定性影响不大时就可以发现；对于向掌子面前方倾斜的结构面因为先在顶部出现，预报时效果相对较差。
正洞地质素描的优点是不占用施工时间，设备简单，不干扰施工，出结果快，预报的效果好，而且为整个隧道提供了完整的地质资料；缺点是对与隧道夹角较大而又向前倾的结构面容易产生漏报。
第三节、水平超前探孔
水平超前探孔方法是在隧道内安放水平钻机进行水平钻进，根据隧道中线水平方向上钻孔资料来推断隧道前方的地质情况。
钻孔的数量、角度及钻孔长度可人为设计和控制。
一般可根据钻进速度的变化、钻孔取芯鉴定、钻孔冲洗液的颜色、
气味、岩粉以及在钻探过程中遇到的其他情况来判断。
这种方法可以反映岩体的大概情况，比较直观，施工人员可根据现场的地质情况来安排下一步的施工组织。
但该方法也存在不足之处：①在复杂地质条件下预报效果较差，很难预测到正洞掌子面前方的小断层和贯穿性大节理，特别是与隧道轴线平行的结构面，其预报无反映；②钻孔与钻孔之间的地质情况反映不出来。
第四节、声波测试
声波对裂隙反应很敏感，遇到裂隙即发生介面效应（反射、折射和绕射），耗损波能，波形变复杂，波速减缓，此外，声波速度的大小还和岩体强度有关。
声波测试方法有多种，主要有岩面测试和孔内测试两种，其中孔内测试又分为单孔和双孔测试两种。
①岩面测试是在已开挖地段进行的，由于隧道开挖放炮形成许多张裂隙，所测波速表面岩石比实际岩体的波速略偏低。
②孔内测试分单孔和双孔两种。
单孔测试是把发射源和接收器放在同一孔内，但只能测到钻孔周围一倍波长左右范围内的地质情况。
双孔测试是把发射源和接收器放在不同的钻孔内，测试两孔之间的岩体波速。
③孔内测试按耦合方式又分为干孔和湿孔两种。
湿孔测试是向钻孔内灌水耦合，但由于水充填了裂隙影响测试结果，往往使测试波速偏高，岩石越破碎偏差越大。
干孔测试是在发射器和接收器的外面套上环行胶囊，然后再向胶囊内注水，使接收器、发射器和孔壁耦合，其测试结果比较真实。
第五节、红外探测
所有物体都发射出不可见的红外线能量，这能量的大小与物体的发射率成正比。
而发射率的大小取决于物体的物质和它的表面状况。
当隧道掌子面前方及周边介质单一时，所测得的红外场为正常场，当前面存在隐伏含水构造或有水时，他们所产生的场强要叠加到正常场上，从而使正常场产生畸变。
据此判断掌子面前方一定范围内有无含水构造。
现场测试有两种方法：一是在掌子面上，分上、中、下及左、中、右六条测线的交点测取9个数据，根据这9个数据之间的最大差值来判断是否有水；二是由掌子面向掘进后方（或洞口）按左边墙、拱部、右边墙的顺序进行测试，每5m或3m测取一组数据，共测取50m或30m，并绘制相应的红外辐射曲线，根据曲线的趋势判断前方有无含水。
掌子面上9个数据的最大差值大于10μw/cm2，就可以判定有水；红外辐射曲线上升或下降均可以判定有水，其他情况判定无水。
红外探测的特点是可以实现对隧道全空间、全方位的探测，仪器操作简单，能预测到隧道外围空间及掘进前方30m范围内是否存在隐伏水体或含水构造，而且可利用施工间歇期测试，基本不
占用施工时间。
但这种方法只能确定有无水，至于水量大小、水体宽度、具体的位置没有定量的解释。
第六节、电磁波法
电磁波法是利用电磁波在不同介质中产生透射、反射的特性来进行地质预报工作的，目前常用的方法有地质雷达。
利用地质雷达进行超前预报时，当前方岩石完整的情况下，可以预报30 m的距离；当岩石不完整或存在构造的条件下，预报距离小于10m。
雷达探测的效果主要取决于不同介质的电性差异，即介电常数，若介质之间的介电常数差异大，则探测效果就好。
在洞内测试时，由于受干扰因素较多，往往造成假的异常，形成误判
第七节、弹性波法
弹性波超前预报技术按观测系统可分为地震反射法（负视速度法）和水平声波剖面法。
当弹性波向地下传播时，遇到波阻抗不同的地层界面时，将遵循反射定律发生反射现象。
当介质的波阻抗差异愈大，反射回来的信号就愈强。
1、地震负视速度法
地震负视速度法的原理是利用地震波在不均匀地层中产生的反射波特征，来预报隧道掌子面前方及周围区域的地质情况。
在隧道侧壁的一定范围内布置激震点，进行激发，产生的地震波信号在隧道周围岩体内传播，当岩石强度发生变化时，比如有断层或岩层变化，地震波信号的一部分将返回，这个信号称为反射波。
反射界面与测线直立正交时，所接收的反射波与直接由震源发出的信号（称为直达波）。
现场测试时，采用的方式有多炮共道、多道共炮两种。
前者记录方式有利于保证激发条件的一致性，后者则有利于记录条件的一致性。
当偏重于运动学特征参数的应用时共炮与共道两种记录方式可任意选用；当要求测试设备简化与强调接收条件一致性时，宜采用多炮共道式；当强调动力学参数的对比利用时，则宜选用多道共炮方式。
观测系统沿开挖工作面后面巷道侧壁或底部布置。
为获取“负视速度”，震源应在预报目的物的远端，接收点间距采用小道间距（一般2～5m），12道或24道接收。
根据需要与设备条件，测点可采用单分量、三分量或组合检波器。
2、水平声波剖面法
该方法(接收频率为声波频段的地震波)是利用孔间地震剖面法(ABSP)的原理及相应软件开发的一种超前预报方法。
震源和检波器的布置除脱离开挖工作面对施工干扰小外，还因反射波位于直达波、面波延续相位之外不受干扰，因此做到记
录清晰、信噪比高，使反射波同相轴明显。
观测时在隧道的两个侧壁分别布置震源和检波器，按其相对位置设计成两种观测方式即固定激发点（或接收点）和激发与接收点相错斜交方式。
3、TGP12隧道地质预报法
TGP12隧道地质预报系统是利用地震波在不均匀地质体中产生的反射波特性来预报隧道掌子面前方及周围临近区域的地质情况。
它的预报原理同负视速度法，预报长度为200m，总的来说，采用地震反射波法进行超前地质预报，预报距离相对较长，对大的构造尤其是张
结构面反映明显，另外对软硬岩的变化点也有较好的反映。
第二章、结论与述评
在综合地质超前预报中的各种物探方法中：超前导坑法成本太高、在构造复杂地区准确度不高；正洞地质素描法对与隧道夹角较大而又向前倾的结构面容易产生漏报，水平超前探孔法在复杂地质条件下预报效果较差、很难预测到正洞掌子面前方的小断层和贯穿性大节理、钻孔与钻孔之间的地质情况反映不出来；红外探测法这种方法只能确定有无水，至于水量大小、水体宽度、具体的位置没有定量
的解释；电磁波法干扰因素较多，往往造成假的异常，形成误判；TSP203法价格太昂贵。
TGP12作业快，测距长，干扰相对少，可以与多种预测法结合应用，解释难度小，适于做长距离预测。
该仪器已成功地应用与国内众多隧道地质预报中，通过大量事实证明以地质法为基础，以TGP12法为主要手段，配合其他综合物探技术，在工程中的应用取得了较好的效果。
在隧道开挖过程中，使施工人员做到了心中有数，提前采取施工措施，修正支护参数，确保隧道的施工安全，同时也反映了TGP12地质超前预报系统，性能稳定可靠，采集的波形完整，信噪比高，与国外同类仪器对比整体上具有国际先进水平，可替代进口产品，并且经济实用，故建议在我国隧道地质预测预报工作中推广应用。
由于隧道地质情况的复杂性加上人们对地球认识的局限性，给我们的隧道地质超前预报带来了很多困难，我们只有借助一些外部工具（如TGP12）加上一定的地质知识和实地的地质资料，来分析、预报，争取达到更好的效果。
但毋庸置疑，随着时间的流逝，我们的预报效果将越来越好。