公路隧道超前地质预报技术现状及分析

公路隧道超前地质预报技术现状及分析

石庭

四川蜀工公路工程试验检测有限公司

四川省 成都市 610000

摘要：公路隧道工程施工时，很容易受到地质条件因素的影响而出现施工安全故障，不仅影响施工活动的进行，而且还会对施工人员的生命安全造成危害。所以，施工之前，应采取合理得超前地质预报技术对工厂地质条件进行预测，以此为后续施工活动打下良好基础。基于此，本文通过对常见公路隧道超前地质预报技术的介绍，进而以某工程作为研究对象，详细分析了公路隧道超前地质预报技术具体应用，为地质条件预测提供支持。

关键词：公路隧道工程；超前地质预报技术；具体应用

引言：公路隧道工程的建设由很多环节构成，前期地质勘察是其中较为重要的一个环节，通过地质条件的勘查与预测，准确了解施工现场地质条件的具体情况，为施工方案的设计及施工活动的开展提供帮助。但通过大量实践表明，仅通过传统地质勘察的方式对公路隧道施工现场进行勘查，很难得到较为精确的结果，不利于后续工程的建设。所以，在前期施工现场地质条件勘查时，逐渐采用了超前地质预报技术，取得了不错的应用效果。

1 常见的公路隧道超前地质预报技术

1.1 反射地震波预报法

现代公路隧道超前地质预报技术有很多，反射地震波预报法（TSP地震法）是其中较为常见的一种。预测过程中，主要利用的是地震波反射原理，通常应用到长度在岩层深度在100m以上，且地质条件较为复杂的工况当中。首先，根据施工现场具体情况，确定出适当的震源点，并在该点处放置适量的炸药，将这些炸药引爆后，会向四周发射地震波。地震波向外传播时，当其与周边岩体接触后，会根据岩体形状、成分、结构特点等方面存在的差异，反射回相应的声波，这些声波被检测设备接收后，对这些声波进行转化，使其变成相应的电信号，之后通过可视化处理后，获取对应的检测数据。最后，通过对这些数据的整理、计算与分析，结合检测设备与岩体间的距离，对岩体成分、特点进行预测。该预报法的优势有很多，如能够对深度较大的岩体进行勘探，可得到较为准确的预报勘探结果等。但需要注意的是，该预报法也具有一些缺陷，如岩体中存在含水层，或是地层较为阮锐时，则会影响预报结果的精确度[1]。

1.2地质雷达预报法

科学技术的迅猛发展，使得雷达技术更加成熟与完善，并被广泛应用到各个领域，其中包括超前地质预报，为隧道工程的建设提供支持。该预报方法当中，采用的是超前抵制电磁波，其传输具体较短，通过对电磁波双程走时的长短差别，易于预测处待测岩体的具体情况。检测原理为：以发射天线为主要工具，向待测岩体持续不断的传输电磁波，当其达到岩体后，因岩体代填特性存在一定差异，将会吸收一部分电磁波，并将剩余电磁波反射回去。之后，以接收天线作为主要工具，接收被岩体接收反射回来的电磁波，相对于向外传输的电磁波来说，不论是相位、振幅还是频率等，接收的电磁波均会出现明显改变。最后，将这些电磁波传入到计算机软件内，由其回收波予以分析，并以此为基础，结合其他方面收集到的资料与现场情况，对岩体特点、成分等予以预测。该预报方法主要运用了地质雷达，可较好的反馈前方岩体性质的变化，可准确预测处裂隙密集带、断裂破碎带等不良地质体的预测[2]。同时雷达波并不会受到水分的影响，因而利用其对含水量较高的岩体进行检测，也可得到较为精确的预报结果。但该方法也存在诸多缺陷，如相对于电磁波来说，雷达波的传输距离很短，一般仅可达到20～30m，因而隧道较长时，通常要分段进行探测，工作量较为庞大；检测过程中，若现场地表起伏较大，雷达天线受到外界各种因素的影响而摆动，存在其他各种类型的杂波等，均会对检测结果造成一定干扰。

1.3超前地质钻探法

隧道工程挖掘时，一般采用超前地质钻探法的方式为岩体的钻探提供指导，通过该方法的应用，能够预测出岩体成分、大小等信息。以10～15m为间隔，在隧道施工面分别设置出多个钻孔点，每个钻孔的深度约为100m，之后在钻孔点处，通过专用的钻孔机械，匀速向岩体内钻取孔洞。钻孔过程中，仔细对钻孔点进行观察，观察钻孔是否出现涌水、涌泥的现象，并根据钻取物的观察与分析，判断岩性的改变情况，必要情况下，还可向钻孔内部插入摄像设备，以此对钻孔四周进行扫描，将这些扫描结果传输到分析系统后，由其绘制出钻孔表面图像，以将钻孔内部情况直观展示出来，以使相关工作人员更好地对岩体情况进行判断。从理论角度来说，可将该方法应用到绝大部分地质条件的勘查当中，人特别是复杂地形更是如此，可准确预报出复杂地形的具体情况，为隧道挖掘工作安全地进行提供支持。

1.4聚焦电流法

聚焦电流法是现代较为常见的超前地质预报技术，简称为BEAM法，主要检测原理为：对于不同岩体来说，内部含水率略有不同，使得各岩体的电性特征存在一定差异，利用岩体间电性特征的不同，即可预测出岩体的具体情况。实际操作时，主要流程是：在施工现场安装相应的电极，由其向内部及外围传输电流，并让外部的屏障电流与内部的测量电流聚焦到一起，共同传输至待测岩体内，之后，在交流变频的作用下，展示出岩体的极化特征，计算出电阻率，推导出岩体孔隙相关电能储存能力的参数PFE变化情况，进而对岩体进行判断。相对于常规电探法，BAEM法应用效果更加良好，灵敏度更高，稳定性更强，能够对隧道前方5倍于洞径距离的岩体与不良地质情况予以探测

[3]。在我国公路隧道工程领域，由于该方法成本较高，需要采用大量先进的仪器设备，因而在我国应用的并不是很广泛。

2 公路隧道超前地质预报技术的具体应用

2.1工程概况

本次研究当中，选择某公路隧道工程作为研究对象。该工程长度约6015m，在隧道岩体方面，以变质岩为主，其中广泛分布着第四系松散岩石。根据该工程的具体情况，以TGP超前预报系统作为主要工具，对现场地质条件进行了勘查。勘查过程中，于ZK13+947-ZK14+030段内，分别在待测岩体表面设置了19个爆破点，分别为#1～#19，各点之间的距离如表1所示。

表1 某公路隧道工程爆破点的距离

2.2测量结果分析

通过预报检测结果的综合性分析，可得到以下结果：

（1）在ZK13+947-ZK13+979段处，长度是32m。纵波传输时，速度为4760m/s；横波传输时，速度为2410m/s，动弹性方面，检测模量为37800MPa；动剪切性方面，检测模量为14844MPa；泊松比是0.319。由此可以判断：该段内存在大量的裂缝，且这些裂缝具有易扩张的特点；

（2）在ZK13+979-ZK13998段处，长度是19m。相对于前一区段来说，该区段比速度略有减少，表明该区域的岩体性质更差，存在的裂缝更多，岩体很破碎的几率较高，因而在施工过程中，应采取有效的方式预防塌方事故；

（3）在ZK13+998-ZK14+030段处，长度是32m。相对于前一区段来说，该区域的比速度略有提高，表明该区域岩体性质较为良好一些，反射点并不是很多，出现地质灾害的几率较低。

通过与施工时地质勘察结果的对比后可以发现，TGP预测结果与实际勘查结果非常接近，精确率超过了95%，由此表明超前地质预测技术在实际当中具有良好的应用效果。

总结：综上所述，公路隧道现场环境较为复杂，施工难度较大，很容易出现塌方等安全事故，对工程建设与施工人员的生命安全具有较高危害。所以，现代公路隧道施工过程中，应针对工程具体情况，选择合理的超前地质预报技术，以此在施工前准确了解工程现场特点，为施工方案的设计打下良好基础。

参考文献：

[1]郭彦刚.基于物探法的综合超前地质预报在高山隧道巨型溶洞中的应用——以黔张常铁路高山隧道为例[J].工程技术研究，2022，07(18)：230-232.

[2]喻海军，李云.地质雷达GPR技术在公路隧道超前地质预报中的应用分析[J].福建交通科技，2022，15(02)：56-62.

[3]陈敦理.公路隧道施工监控量测与超前地质预报技术现状及思考[J].运输经理世界，2021(28)：128-130.

作者简介：石庭（1988、05-），男，四川蜀工公路工程试验检测有限公司，主要从事试验检测工作。