摘要：文章以在水钢隧道实际工程为例，分析了综合超前地质预报系统的实际应用，主要对tsp203、红外探水仪器、超前水平地质钻及加深炮眼这三种方法的相关操作要点和注意事项进行分析，可为相关工作者提供参考和借鉴。
关键词：超前地质预报；tsp203；红外探水仪器；超前水平地质钻
abstract: this paper take water steel tunnel works for example, analyze the practical application of advanced geological prediction system, exploring the operating points and problem in water right of tsp203, infrared instruments, ahead of the level of geological drilling and deepening the embrasure, to provide reference for the relevant workers.key words: advanced geological forecasting; of tsp203; infra-water apparatus; ahead of the level of geological drill
当前隧道施工的超前地质预报研究具有重要的工程实用价值，准确而有效的隧道超前地质预报工作，不仅可为施工单位节约大量成本，显著提高经济效益，加快施工进度，更重要的是可以对整个施工过程的地质状况做到成竹在胸，提高隧道工程的施工质量。它不仅可以产生巨大的经济效益，而且具有广泛的社会效益。隧道超前地质预报的内容主要包括地下水、地层岩性、断层、破碎带、节理、岩体类别等。重点是预报破碎带、地下水状况及断层的位置及其可能对施工造成的影响。目前超前地质预报使用到的方法技术主要包括以下几种：tsp法、探地雷达法、工程地质调查与推断、水平钻探等，另外还有一些不常用到的方法技术如：水平声波剖面法、红外探水法及陆地声纳法等。各种方法都有其优缺点及适用范围，对于形态不规则性和发育随机性的岩溶，需要综合应用以上各种方法，文章在此结合具体实例进行分析。
1工程概况
水钢隧道位于贵州省六盘水市，隧道全长约935m，为单向双洞隧道，左、右路线设计线间距18.0m，左线起止桩号gzk0+055～gzk0+990，长935m；右线起止桩号gyk0+055～gyk0+990，长935m。隧道穿过灰岩地层，岩溶强烈发育，地表溶沟、溶槽和溶蚀节理裂隙极其发育。本隧道位于垂直渗流带～岩溶季节变动带中，已有钻孔未发现有溶洞或暗河，但在隧道开挖过程中仍可能遇到溶洞、暗河等隐伏的岩溶形态，雨季施工易产生突水、突泥等地质灾害，在现有技术条件下，不可能在设计勘探阶段查明所有的岩溶地质问题。因此，针对隧道施工过程中可能遇到的不良地质，必须进行及时准确的地质超前预测预报，预防各类突发性地质灾害，规避工程建设风险，实现隧道工程质量、安全、工期、环境和投资控制目标。本隧道预报的主要内容为岩溶及岩溶水、围岩完整性、断层破碎带的位置及规模，预报的手段综合采用物探加钻探的方式进行，长距离物探采用tsp203进行，每100m一次，中距离采用红外探水仪器，每25m一次，每次探测30m，钻探以超前水平地质钻及加深炮眼为主，钻探每断面布置3个孔，每25m一循环，每循环钻探长度为30m，在此笔者主要对以上方法的操作要领、注意事项及经验总结进行分析。
2tsp203超前预报技术的应用分析
2.1 准备工作
通常情况下，tsp测量剖面是在隧道的左侧或者右侧壁上布置一系列的微型爆破，但对于地质状况非常复杂的情况，建议使用两侧爆破剖面测量。上述布置的好处是将所获得的地质数据加以对比和相互校正。所用的材料如下：乳化炸药，每孔装药量介于20～30g，每次测量大约600g。电爆破雷管以及导线，每次约30 个，引爆电线大约60m。接收器套管1 个。
2.1.1钻孔
①传感器钻孔。
数量：2 个，隧道每个壁面一个
直径：43～45mm/孔深2m。
布置：沿轴径向，用环氧树脂固结时，向上倾斜5～10°，用灰泥固结时相下倾斜10°。
高度：离地面约1m。
位置：离掌子面大约55m。
②钻孔爆破。
数量：24 个，根据实际位置可以选择多于18 个。
直径：38mm（20～45mm）/孔深1.5m（最小0.8m；最大2.0m）。
布置：沿径向向下倾斜10～20°（水封填炮泥），相对于隧道壁面倾斜约为10°。
高度：离地面约1m。
位置：第一个钻孔离接受器大约20m，其余炮眼间距约1.5m（最远2m）。如图1所示。
图1 tsp203 超前预报系统钻孔示意图
2.1.2接受器套管的埋置
接受器套管可以采用灌注灰泥的方法将接受器套管固定在岩体中。钻好接收孔后，应尽可能快地安装接受器套管。注意安装完毕后，套管前边缘在水平地面上，必须成一列。经过12～16h 的硬化，岩石壁与套管就可以牢固地结合。
以上所有准备工作都可以与隧道施工平行作业，不占用隧道施工时间，但在进行数据采集时，为了减少噪音对地震波信号的影响，要求隧道内的各工作面均要暂时停止30～45min。
2.2现场测试
在所有的准备工作完成后，即可进行现场测试。为了尽可能少的占用施工时间和减少对进行现场测试工作的干扰，现场测试时间最好选在喷锚结束和钻爆开始之间的交接班时间。
（1）将tsp超前预报探测系统按照说明书，进行连接调试，保证设备运行工作状况良好，，并对隧道顶部岩石进行复查，确保测试仪器的安全。
（2）爆破人员将约20～30g药量的炸药及一枚电雷管装入1爆破测试孔，并注水封闭爆破孔，堵时要慢速倒水，防止将雷管和炸药冲开，爆破人员撤离到安全区内。
（3）测试人员引爆炸药，采集现场测试数据，
（4）在24测试孔，重复（2）、（3）两步骤，并随时观察波形和信号最大值（信号最大值在5000mv 内尽可能大），根据信号最大值对药量进行调整，随炮眼和传感器之间距离的增大，药量可适当加大，直到24个孔结束。24 次爆破的标准记录操作一般需要大约30～45min，在此期间，尽可能的关掉制造地震噪音的发生源，如果遇到哑炮、弱炮，则该测试孔重新测试。
2.3数据处理及解译
在现场试验完成后，在室内对地震波进行处理。tsp win 系统对于地震波数据的处理和计算共有11 个主要步骤，建立数据→带通滤波→第一次到达高峰→选择处理→爆破能量平衡→q 计算→反射波提取→p 波和s 波的分离→速度分析→深度偏移→反射分离，并且依次进行。对tsp 图像的准确解译，要求解译人员有丰富的地质工作经验，因为只有这样，解译人员才能充分认识各类不良地质在实践中的成份以及表现形式，继而准确掌握这些不良地质在tsp 图像中的表现特征，同时有效区分在tsp 图像中表现的各类不良地质体。在对tsp 探测结果进行数据解译处理时，为了提高不良地质体解译技术，需遵循以下几方面原则：
（1）要充分利用隧址的地质资料和掌子面信息。
（2）综合分析p、sh、sv分量的偏移影像图，根据相似性取舍反射面。
（3）岩性分界面的划分应以激发、接收在同一侧的纵波（p波）为主，激发、接收不在同一侧的为辅；
（4）综合分析各分量相似反射面的属性，正反射界面后岩体趋好，负反射界面后岩体趋差；
（5）有无水的判释应综合分析各分量的同一反射面，纵波（p波）偏移影像弱，横波（sh波）偏移影像强，可判有水。反之可判无水。
（6）岩溶隧道采用tsp203进行预报时预报距离不应大于100 m。
根据tsp203技术的探测，表明探测段存在突发性地质灾害地质条件，存在着溶蚀、突水和突泥的可能。因此，为了加强地质跟踪，同时采用超前深孔钻探及加深炮孔的技术，进一步明确不良地质条件。
3超前地质钻探及加深炮孔技术的应用分析
超前地质钻孔主要用于岩溶及地下水发育地段，超前钻孔可最直接的揭示掌子面前方的地层、岩性、节理裂隙等地质特征，是对tsp探测手段成果的补充，现对相关操作要领分述如下。
3.1钻机的选择
现在国内外的超前水平钻机有很多种，其性能、型号、技术指标不尽相同，针对不同岩溶隧道的情况（长度、地质条件），根据不同钻机的钻进能力，对超前钻探钻机选型配套建议如下：对长度小于1 km的岩溶隧道，可配备中速钻机；对长度大于1 km、小于5 km的一般岩溶隧道，可配备中速钻机，对较复杂的岩溶隧道应配备快速钻机；针对长度大于5 km的隧道，必须配备快速钻机，以满足施工进度和溶腔探测的需要。
3.2钻探循环长度及钻孔布置
在进行超前深孔钻探方案设计时，探索了20～100m多种长度的钻孔长度，经过总结，超前钻探长度以30 m距离探测为宜，搭接长度5 m，钻探每断面布置3个孔，每25m一循环，钻孔布置方式如图2所示。
图2 钻孔布置方式
3.3加深炮孔
加深炮孔5 m是短距离探查隧道前方及周边地质情况的主要手段，是防范掌子面突水突泥风险的最后一关。水钢隧道岩溶隧道（正洞）加深炮孔分2循环交错向前布置：第1循环超长炮孔17孔，中间5孔为水平孔，其余各孔以20°、40°角度外插；第2循环超长炮孔17孔，中间6孔为水平孔，其余各孔以20°、40°角度外插。在加深炮孔出现异常时，应停止掘进，确定排除风险后方可继续掘进。
最终根据钻探结果，对照施工开挖过程中揭露的地质情况以及其它地质超前预报的结果，总结超前预报的拟合情况，进一步分析地层的软弱性、整体性、稳定性的超前预报规律，克服对于地质超前预报影响的因素，提高地质超前预报精度。
4红外探水仪器的应用分析
为了避免突泥、突水造成伤亡事故的发生，本隧道中距离采用红外探水仪器，在掌子面处，以2 m间距用红油漆做好探测标记，分别用hy304仪器打出红色光斑，使之落在标记上，每25m探测一次，每次探测30m，使用hy-304型红外线探测仪超前探水时，由于红外线探测仪要求环境温度变化小，因此，每次测定时间要求在掘进循环的同一工序中完成；各断面测点布设要均匀，并要求测点误差不小于设计误差的5％；红外线探头至测点的距离相等，固定探头，以免增大环境引起的测量误差；配合电探，能够探定隐伏含水构造体的范围及性质；利用抗藕激电仪测定工作面前方隐伏含水体的范围及距离时，需采用三极装置，且供电极距需大于5倍的探测距离。通过应用红外探水仪器，分析出可能有含水构造存在，而在实际隧道开挖过程中，掌子面出现涌水现象，验证了本次红外探水的准确性。
5结语
工程实践表明，水钢隧道岩采用物探加钻探的综合超前预报地质预报系统，避免了突水突泥等地质灾害事故的发生，为隧道工程的快速掘进、支护措施的提前准备提供了可靠的地质信息和预警效果，同时说明了方法的合理性，也充分说明对于某些复杂地质情况，应针对其特有的不良工程特性，采用相应的、行之有效的综合手段，以提高预报准确度。
参考文献：
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注：文章内所有公式及图表请以pdf形式查看。