高速公路隧道施工超前地质预报技术的应用探索

高速公路隧道施工超前地质预报技术的应用探索

王冲

无聊挖洞建设（成都）有限公司 四川 成都 610036

摘要：高速公路隧道施工过程中超前地质预报是一项复杂的工作，应用范围包括但不限于不良地质和围岩级别。本文先是对地质预报方法进行阐述，然后对高速公路隧道施工中应用的超前地质预报技术进行介绍，即地质分析法、地球物理法、地质雷达法，以期为高速公路隧道施工提供参考。

关键词：高速公路；隧道施工；超前地质预报技术

引言：地质预报技术应用时，不仅要对不良地质的危害性进行判别，还要探测不可预见的其他灾害，超前地质预报技术可以通过探测结果采取针对性的措施。对公路隧道地质进行探测时，需要充分考虑到地质变化、实际结果与勘探结果的出入等，而运用超前地质预报技术可以确保高速公路隧道施工风险有效降低。

1地质预报方法

超前地质预报需要按照步骤开展施工，可以按照以下几个步骤对公路隧道进行预报，严格按步骤执行可以确保施工进度顺利开展。首先，相关人员需要对往期隧道勘测结果进行收集，并充分掌握该隧道前期地质勘察资料，然后将二者进行对比研究，对隧道地层的岩体性能及构造、实际地质情况熟悉掌握，以便于找到此处的变化规律。当该公路隧道的高风险地段被充分掌握之后，可以对风险地段的实际位置、公路长度、地质类型及性质特点进行有计划地规划。同时，相关人员还能详细对勘察工作进行分析，找到存在的不足，解决当前出现的不确定因素^[1]。其次，要对隧道掌子面地质进行把握，保证观测结果与描述内容精准到位。需要对探测位置的掌子面在设计图纸上反映出来，并明确桩号；对围岩的构造及性能、强度及硬度裂缝程度、完整度及稳定性等有大致的把握；对不良地质进行推测、判断隧道前方地质情况，这些超前地质预报技术都能提供较为准确的资料与事实依据。最后，要对隧道的综合地质进行探测与分析，使用物探手段对掌子面进行全方面地探测，然后依据超前地质探测结果来判定该公路隧道的地质背景。

2高速公路隧道施工超前地质预报技术的应用

2.1地质分析法

此种手段是最早使用的一种方法，主要是调查与分析地表情况以及隧道内部的地质条件，该技术手段可以准确的掌握此地段隧道的地质结构，利用现有资源可以对前方地质情况进行判断。但是此种技术手段也有弊端，即如果地质结构复杂，隧道埋深程度大，那么其准确率将不会太高，并且施工人员的工作难度将会有所增加。在对隧道地质情况进行调查之后，可以采用三种方式进行施工，其一是超前导洞法，其二是超前水平钻孔法，其三是断层参数预测法。

2.1.1超前导洞法

其中超前导洞法又可以细致划分为两种，一种是超前平行导洞法，会在隧道正洞轴线上设置相应的距离，使其与隧道正洞开挖一坑位相平行，此种方法可以用来勘探隧道整栋的实际地质情况。由于超前平行导洞法准确率较高，所以地质情况预测结果通常会更直观些，同时也是隧道工程中最为常用的一种预报方法。某公路隧道长1.6km，建立了13座隧道，在对此条公路隧道开展施工中有9座隧道就是应用了超前平行导洞法。另一种是超前正洞导洞法，采用此种方法对隧道进行施工时，需要以隧道正洞轴线为基点挖小导洞，然后对前方地质情况进行探测，符合施工条件再将导洞逐渐向隧道断面进行扩展。此种方法在国外被频繁引用，主要应用在特殊地段，在我国使用几率不高，比较典型的是在八达岭高速公路中进行引用^[2]。

2.1.2超前水平钻孔法

此种方法与超前导洞法施工原理的差异微乎其微，利用先进的钻探设备对前方进行钻探，而此种方式探测的范围较为全面，它可以直观地反映出隧道地质构造、地层岩性、岩体完整度及可钻性等，同时还能得出岩石强度是否符合相关指标，这也是可靠性最高的地质超前预报方法。我国将超前水平钻孔法应用于水工隧道施工中，许多著名隧道中都予以利用，如英吉利海峡隧道等。

2.1.3断层参数预测法

在断层破碎带厚度与两个异常带展布厚度验证关系之后，可以运用此种预报方法。断层产状与公路隧道延展方向、隧道断面亮度及宽度会对参数数值有一定的影响，同时也会对长度有根本影响。此种预测方法是基于外国地质学家提出断层影响带理论为基础，由刘志刚进行总结，进而扩大与使用。

2.2地球物理法

对隧道地质情况进行探测的还有物理法，有声波法、电测法、地质雷达探测法以及TSP探测法。（1）固体可以传播声音，同样也是辨别声波的有效途径。当声波在岩石中进行传播时，可以利用声波的传播规律来判别被测岩石的性质。利用这种方法对隧道地质条件进行预测，虽然能有效节省施工时间，缩减工期，但是使其弊端也由此凸显出来，预报结果受距离影响，通常小于15米得来的数据更准确；（2）第二种预测方法通常是根据电阻与岩石二者之间的关系来推断地质性质，也可以将其进行深层次地划分，一种是电位法，一种电阻率法。后者简便快捷、造价低，需要注意的是不同电阻值需要有一定的差别，以免出现错误；（3）无线电波可以充分利用地质雷达的便利性，对隧道地质情况、未知目标物、介质分布等进行扫描、勘探。该方法可以系统地掌握前方地层的组成情况，尤其是断裂带、破碎带，地质雷达会充分发挥其强项，对此处进行识别。地质雷达探测法对隧道深埋程度高、地下水聚集区域以及溶洞，有更好的判别能力。这种预报手段虽然探测能力较好，但是对探测具有局限性，即不能超过有限区域30米，大于20米的范围内进行探测。如果在长隧道中应用雷达探测法对地质情况进行勘探，需要采用分段的方式。雷达探测极易受到隧道内部机器的干扰，所以在探测过程中需要进行识别，排除干扰，得到有用信息。（4）其原理是利用地下反射地震波来预测隧道前方的地质变化。当既定爆破点被引发之后，其波动值会经由传感器导入并进行分析；当地震波深入地质深处撞到地质岩体后，其波动值会根据岩体结构及强度而产生相应的变化。对周边开始探测时，会将入射波反映在岩性变化带上，然后反射波转入地震接收器中，由此设备进行接收，数字记录仪会对数据进行持续性输出与记录，将有效数据反射到岩体界面上，定位探测钻孔的准确位置，进而达到超前探测的目的。地质雷达法可以推断出围岩的级别，虽然可以根据回波信号的强弱来判别围岩的级别，但不是唯一依据，应根据具体情况进行分析，如果较为完整的围岩掌子面回波信号衰减程度变化明显，可以判断此围岩性能较差，且含水率较高。应根据地质特征、围岩级别、回波信号进行判断，如果回波信号属于正常衰减，其探测深度为70%-100%，可以判断该隧道此处的地质结构较为稳定，掉块几率不高，尽管其强度不高，但该岩体完整度的可能性极大，满足第Ⅲ级别围岩的基本要求。

结语：地质预报过程中，充分发挥先进技术的优势，可以确保预报结果的准确性、有效性。超前预报技术不仅可以针对性地搜集有效数据，还能智能化地调节参数，同时还能保证探测结果与隧道地质情况有机结合在一起。探测结果与高速公路隧道地质实际情况相符，才能保证物探信息转换结果充分满足隧道地质施工问题。

参考文献：

[1]唐志杰.综合超前地质预报技术在岩溶隧道施工中的应用[J].中国高新科技,2020(23):85-86.

[2]曹强,周金.综合超前地质预报技术在复杂岩溶隧道的应用[J].铁道建筑技术,2020(11):146-150+172.