超前地质预报方法介绍

超前地质预报方法介绍 Prepared on 22 November 2020

超前地质预测预报的方法

为保证隧道的顺利施工，避免地下水发育地段突水、突泥的发生，防止地表水、地下水流失，确保隧道施工安全，需要采取有效措施对隧道掌子面地质情况进行较为准确的预测预报，根据隧道的具体情况，判定超前地质预报内容并纳入工序管理之中。

经过超前地质预报，在开挖后对地质条件再次认知，通过对比反馈信息和分析，逐步提高对围岩的预报判释的准确性。超前地质预报的工作程序参见图2

岩层层序，结合TSP探测成果，反复比较分析，最终推断出掌子面前方一定范围内即将出现的不良地质在隧道中的位置和规模。

施工过程中，每次爆破后由地质工程师进行地质素描，内容包括掌子面正面及侧面稳定状态、岩层产状、岩性风化程度、节理裂隙发育程度（产状、间距、长度、充填物、数量）、喷射混凝土开裂、掉块现象、涌水情况、水质情况、水的影响、不良气体浓度等。同时定期对地表水文环境进行观测和监测记录，及时了解隧道施工对地表水的影响，确定施工控制措施，最终做出掌子面地质素描图和洞身地质展示图。

及时对洞内涌水进行水质分析和试验，提交分析和试验结果，对影响隧道衬砌结构的水质提出处理意见，上报技术部门，以利采取有效的防护措施。

主要针对地下水发育地段的断层破碎带及其影响带、岩层接触带、构造及发育带

超前物探

长距离超前物探：首选方法为TSP203地质探测仪（探测距离约

200m），对比方法为水平钻孔超前探测。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的地质状况。它是在掌子面后方边墙一定范围内布置一排爆破点（间距1.5米），进行微弱爆破，产生的地震波在隧道前方体内传播，当岩石强度发生变化，界面两侧岩石的强度差别越大，反射回来的信号、返回的时间和方向差别越大，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，通过专用数据处理软件处理，得到岩体强度变化界面的位置及方位。见TSP203地质预报系统现场测试示意图3。

图3 TSP203地质预报系统现场测试示意图进一步具体的来说TSP203 超前地震预报系统洞内爆炸的接收器孔和爆破孔不是在掌子面上，而是在掌子面附近的边墙上，一般情况下，它是一个接收器孔和24 个爆破孔组成。接收器距掌子面约55m，最后一个爆破孔距掌子面约0.5m。爆破孔间距1.5m，孔深1.5m，孔径19～45mm，孔口距隧底约1.0m，向掌子面方向倾斜约12°，向下倾斜12～20°；接收器与第一个爆破孔间距20m，接收器孔深2.4m，孔径32～45mm，孔口距隧底，向洞口方向倾斜约12°，向下倾斜12～20°。

为使接收器能与周围岩体很好地藕合以保证采集信号的质量，采集信号前至少12h 时应将一个保护接收器的接收器套管插入孔内，并用含两种特殊成分的不收缩水泥砂浆使其与周围岩体很好地粘结在一起。每个爆破孔装药量12～40g，根据围岩软硬和完整破碎程度以及距接收器位置的远

近而不同。若地震情况特别复杂，有时需要在隧道另一边墙上也布置一个接收器和24 个爆破孔，通过左右边墙所测资料的对比分析，得出较为准确的判断结果。

将洞内采集的地震数据传输到室内计算机上，应用TSP202 数据处理软件进行地震波分析处理：波形处理、预报计算、预报输出。根据所掌握的地质资料，判断出岩体强度变化界面节理密集带、断层还是岩性分界面。TSP203地质预报系统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“数据处理流程图”。

前

验证。在TSP203地质预报系统的分析基础上，只能描绘前方围岩断层破碎带的准确位置、围岩完整程度及坚硬程度的大致情况，但不能准确判定含水情况。因此，为了更准确判定断层内的充填物及含水情况，在距

TSP203地质预报系统的分析的破碎带界面30米，用水平钻孔进行超前探测。

超前探孔每循环原则上设3个，钻孔深度不小于60m，两循环之间搭接长度不小于5m。3个探孔中其中一个须采用地质钻机进行取芯，通过对芯样完整程度的分析及钻孔速度的快慢、钻孔出水的清浊及水压，来判断对掌子面前方地质情况，根据钻孔的出水量及水压可判定前方围岩的富水情况及涌水可能性的大小。

采用超前水平钻孔可以最直接的揭示掌子面前方的地质特征，准确率很高。采用长短钻孔相结合，并结合其它探测成果，可取得良好效果。超前水平钻孔采用MK50型地质钻机施工。探孔布置如图4所示。

根据预报及探测的结果，分析判定围岩的级别，决定是否采取预注浆或超前支护、加强支护等措施。

近距离超前探测：即加深炮眼超前探测，利用在隧道开挖工作面上的炮眼钻孔来探测前方围岩的地质情况，在每一循环钻设炮眼时布设3~5个钻孔加深1~3m作为探测孔。

图4 探孔布置示意图

探地雷达

地质雷达探测（Ground Penetrating Radar简称GPR）采用电磁波反射原理探测浅层地层的划分、岩溶、空洞、不均匀体的检测。仪器将发射天线和接收天线集于一体，具有快速、无损、连续检测、实时显示等特点，但在掌子面有水的情况下不宜使用。作为TSP203地质预报系统的补充，在TSP203预报异常点，在确定异常体的规模、性质、危害性有困难时，采用探地雷达作为补充手段，短距离进一步探测前方30m内的地质情况。同时利用探地雷达对隧道洞底和两侧的溶洞发育及岩体破碎情况进行探测。

红外探水

红外探水每20m测量一次。红外探水仪通过接收岩体的红外辐射强度，根据围岩红外辐射场强的变化值来确定掌子面前方或洞壁四周是否有隐伏的含水体。红外探水有较高的准确率，但是它对水量、水压等重要参数无法预报。

超前防水预测预报：了解掘进前方20～30m范围内，是否存在隐伏水体、是否存在含水破碎带。每次防水超前探测预报需15分钟。