【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 波的雙程走時(shí)的長(zhǎng)短差別，確定探測(cè)目標(biāo)的形態(tài)及屬性，結(jié)合工程地質(zhì)理論分析達(dá)到對(duì)埋藏目標(biāo)（地質(zhì)體）的探測(cè)與判斷。 3 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的主要手段 ? 各種主要預(yù)報(bào)手段 ? 物探方法 ? 地質(zhì)雷達(dá) ? 優(yōu)缺點(diǎn)及適用范圍 ? ① 目前國(guó)內(nèi)還沒(méi)有為隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)而專門設(shè)計(jì)制作的地質(zhì)雷達(dá)，儀器密封性差，洞內(nèi)不易防水、防潮、防塵，易造成儀器損壞，特別是沒(méi)有專門的天線，操作起來(lái)費(fèi)時(shí)費(fèi)力，且效果不好。 ? ② 探測(cè)距離太短，一次只能探測(cè) 5～ 30m，與目前隧道每天開(kāi)挖接近 10～ 20m的速度極不匹配。 3 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的主要手段 ? 各種主要預(yù)報(bào)手段 ? 物探方法 ? 地質(zhì)雷達(dá) ? 優(yōu)缺點(diǎn)及適用范圍 ? ③ 隧道內(nèi)的環(huán)境條件與地質(zhì)雷達(dá)的理論基礎(chǔ) — 半無(wú)限空間不吻合，加之洞內(nèi)鋼拱架、鋼筋網(wǎng)、錨桿、鋼軌等金屬構(gòu)件的影響，探測(cè)結(jié)果一般不太理想。 ? ④ 就目前的技術(shù)水平而言，地質(zhì)雷達(dá)采用高頻率的天線作為隧道砼襯砌質(zhì)量無(wú)損檢測(cè)的手段仍是比較合適的。 ? ⑤ 地質(zhì)雷達(dá)在地表探測(cè) 5～ 30m范圍內(nèi)的地下地層或地質(zhì)異常體 (溶洞、土洞、斷裂、空隙等 )反射信號(hào)還是比較明顯的，也是一種比較理想的手段；灰?guī)r地區(qū)隧道鋪底前采用中～低頻率的天線作為探明隧底隱伏巖溶洞穴的手段仍是大家經(jīng)常采用的。 ? ⑥ 巖溶重點(diǎn)發(fā)育地段，有時(shí)也用地質(zhì)雷達(dá)對(duì)掌子面前方和邊墻外側(cè)巖溶洞穴進(jìn)行探測(cè)。 3 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的主要手段 ? 各種主要預(yù)報(bào)手段 ? 物探方法 ? 陸地聲納法 ? 預(yù)報(bào)原理 ? 陸地聲納法是 “ 極小偏移距高 ? 頻寬帶彈性波反射連續(xù)剖面法 ”的 ? 簡(jiǎn)化俗稱，其基本原理也是地震 ? 反射法。它是在隧道掌子面上用 ? 錘擊方式產(chǎn)生彈性波，并在激震 ? 點(diǎn)旁用檢波器接收。彈性波向掌 ? 子面前方傳播，遇到斷層、大節(jié) ? 理、巖脈、溶洞及其它不良地質(zhì) ? 界面會(huì)產(chǎn)生反射，由檢波器接收 ? 到這些反射波，就能反映前方的 ? 不連續(xù)面。 ? 3 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的主要手段 ? 各種主要預(yù)報(bào)手段 ? 物探方法 ? 陸地聲納法 ? 優(yōu)缺點(diǎn) ? ① 儀器為國(guó)產(chǎn)設(shè)備，價(jià)格便宜，工作費(fèi)用較低。 ? ② 儀器設(shè)備輕便，采用錘擊方式（而不是爆炸方式）激發(fā)震波，操作簡(jiǎn)單。 ? ③ 現(xiàn)場(chǎng)總施測(cè)時(shí)間 30～ 50分鐘。 ? ④ 實(shí)踐認(rèn)為每次預(yù)報(bào) 80～ 100m是比較合理的。 3 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的主要手段 ? 各種主要預(yù)報(bào)手段 ? 物探方法 ? 跨孔聲波 CT成像法 ? （定發(fā)、定收、同步接發(fā)）（聲波、電磁波、地震波） ? 跨孔聲波 CT是通過(guò)探測(cè)成像 ? 確定鉆孔間巖體結(jié)構(gòu)等情況，借 ? 助醫(yī)學(xué)界 X射線斷層掃描的基本 ? 原理，結(jié)合巖土的物理力學(xué)性質(zhì) ? 的相關(guān)分析，采用射線走時(shí)和振 ? 幅來(lái)重構(gòu)巖土內(nèi)部聲速值及衰減 ? 系數(shù)的場(chǎng)分布，通過(guò)像素、色 ? 譜、立體網(wǎng)絡(luò)的綜合展示，達(dá)到 ? 直觀反映巖石（體）內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 ? 像（如巖溶洞穴的位置、規(guī)模及 ? 充填特性等）之目的。 3 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的主要手段 ? 各種主要預(yù)報(bào)手段 ? 物探方法 ? 跨孔聲波 CT成像法 （專用處理軟件） ? 聲波 CT探測(cè)的物理前提是：具不同物性差異的介質(zhì)，聲波在其內(nèi)部的傳播速度不同。該方法通過(guò)密集對(duì)穿的測(cè)試方式，計(jì)算并模擬測(cè)試剖面內(nèi)部的物性差異情況，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)分析，從而達(dá)到對(duì)測(cè)試剖面范圍內(nèi)的地質(zhì)體進(jìn)行直觀的三維圖像描述。 3 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的主要手段 ? 各種主要預(yù)報(bào)手段 ? 物探方法 ? 數(shù)碼成像技術(shù) ? 原理 ? 這是一項(xiàng)具有高科技含量和發(fā)展前景的技術(shù) — 信息技術(shù)在地下工程中的具體應(yīng)用。它可利用掌子面超前鉆孔或隧洞已開(kāi)挖段坑壁的畫象情報(bào)，用計(jì)算機(jī)數(shù)值處理等方法，進(jìn)行相關(guān)處理，就能進(jìn)行施工階段圍巖級(jí)別的判定、掌子面前方地質(zhì)情況預(yù)測(cè)。 優(yōu)缺點(diǎn) ? 該方法設(shè)備簡(jiǎn)單，僅僅需要一臺(tái)或幾臺(tái)較高分辨率的數(shù)碼相機(jī)及相應(yīng)的附屬配件。該項(xiàng)技術(shù)在我國(guó)尚處于引進(jìn)研究階段。 3 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的主要手段 ? 各種主要預(yù)報(bào)手段 ? 其它 ? 聲監(jiān)測(cè)法 ? 巖石受力過(guò)程中出現(xiàn)的微破壞會(huì)在巖體中引起自然聲振動(dòng)，隨著巖體破壞程度的發(fā)展，到將要破壞的短時(shí)間內(nèi)，這種聲響會(huì)增大，單位時(shí)間內(nèi)的聲響次數(shù)也會(huì)增加。據(jù)研究，頂板冒落前還發(fā)出一系列人耳聽(tīng)不見(jiàn)的聲音 — 超聲波，如果這種聲響頻率越來(lái)越大，接著急劇變小，頂板就有馬上冒落的危險(xiǎn)。根據(jù)巖石產(chǎn)生微破壞會(huì)在巖體中引起聲振動(dòng)及冒頂前聲響頻度產(chǎn)生異常變化的原理，采用儀器去監(jiān)收或監(jiān)聽(tīng)這類聲振動(dòng)，據(jù)以預(yù)報(bào)巖體發(fā)生破壞的可能性和時(shí)間，以便及時(shí)采取安全措施的方法叫做聲監(jiān)測(cè)法。這種方法利用壓電效應(yīng)靈敏的材料做成接收換能器（聲響探頭），將其放在鉆孔中或直接粘貼在頂板上，它能將巖體中微弱的聲振動(dòng)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)電子放大器放大而為觀測(cè)人員直接聽(tīng)到或進(jìn)行自記，以監(jiān)測(cè)巖體中聲響的異常變化。聲監(jiān)測(cè)法對(duì)聲發(fā)射活動(dòng)比較顯著的堅(jiān)硬脆性巖石效果較好，而對(duì)軟弱巖石不太理想。 3 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的主要手段 ? 各種主要預(yù)報(bào)手段 ? 其它 ? 聲探測(cè)法 ? 通過(guò)人工發(fā)出聲波或超聲波，測(cè)量它在巖體或巖石試件中傳播速度、相位、振幅、頻率等的變化，用以確定巖石力學(xué)性質(zhì)、巖體應(yīng)力等的方法稱為聲探測(cè)法。目前用聲探測(cè)法可確定巖石的彈性模量，確定巖體的裂隙性（破壞程度）和破裂帶范圍，當(dāng)應(yīng)力與聲速有固定關(guān)系的情況下，還可根據(jù)聲速測(cè)定巖體應(yīng)力。目前聲探測(cè)法比較成功的是用于測(cè)動(dòng)彈性模量和破裂帶范圍。 4 工藝流程及操作要點(diǎn) ? 綜合超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工藝流程見(jiàn)下圖 深孔水平鉆探TSP或HSP預(yù)報(bào)地質(zhì)雷達(dá)加深炮孔探測(cè)超前水平鉆探紅外探測(cè)地質(zhì)素描地質(zhì)分析法隧道施工施工方案總工程師地質(zhì)綜合判析短距離預(yù)報(bào)中長(zhǎng)距離預(yù)報(bào)長(zhǎng)距離預(yù)報(bào)研究既有資料制定預(yù)報(bào)方案正常正常正常異常異常異常4 工藝流程及操作要點(diǎn) ? 研究既有資料，制定預(yù)報(bào)方案 ? 首先，研究既有區(qū)域地質(zhì)、工程地質(zhì)資料，必要時(shí)到地表補(bǔ)充測(cè)繪，以達(dá)到對(duì)整個(gè)地區(qū)地質(zhì)情況有一個(gè)比較全面和深刻的認(rèn)識(shí)，地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、不良地質(zhì)及特殊地質(zhì)、地下水發(fā)育情況、隧道的主要工程地質(zhì)問(wèn)題等，通過(guò)對(duì)這些資料的分析和把握，制定預(yù)報(bào)預(yù)案，針對(duì)不同地段的地質(zhì)情況進(jìn)行地質(zhì)預(yù)報(bào)重要性分級(jí)，不同級(jí)別的地段采取不同的預(yù)報(bào)手段，以達(dá)到既預(yù)報(bào)準(zhǔn)確又節(jié)省有限預(yù)報(bào)資源的目的。 ? 根據(jù)地質(zhì)災(zāi)害對(duì)隧道施工安全的危害程度，分為以下四級(jí)： ? A級(jí)：存在重大地質(zhì)災(zāi)害隱患的地段，如大型暗河系統(tǒng)，可溶巖與非可溶巖接觸帶，軟弱、破碎、富水、導(dǎo)水性良好的地層和大型斷層破碎帶，特殊地質(zhì)地段，重大物探異常地段，可能產(chǎn)生大型、特大型突水突泥地段，誘發(fā)重大環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害的地段以及高地應(yīng)力、瓦斯、天然氣問(wèn)題嚴(yán)重的地段以及人為坑洞等。 ? B級(jí)：中、小型突水突泥地段，較大物探異常地段，斷裂帶等。 ? C級(jí)：水文地質(zhì)條件較好的碳酸鹽巖及碎屑巖地段、小型斷層破碎帶，發(fā)生突水突泥的可能性較小。 ? D級(jí)：非可溶巖地段，發(fā)生突水突泥的可能性極小。 ? 根據(jù)不同的地質(zhì)災(zāi)害分級(jí)，針對(duì)不同類型的地質(zhì)問(wèn)題，選擇不同的方法和手段開(kāi)展超前地質(zhì)預(yù)報(bào)。 4 工藝流程及操作要點(diǎn) ? 研究既有資料，制定預(yù)報(bào)方案 ? 不同地質(zhì)災(zāi)害地段的預(yù)報(bào)方式為： ? A級(jí)預(yù)報(bào)：采用地質(zhì)分析法、 TSP隧道地震波反射法、HSP聲波反射法、地質(zhì)雷達(dá)、紅外探測(cè)、超前水平鉆探等手段進(jìn)行綜合預(yù)報(bào)。首先以地質(zhì)分析法進(jìn)行長(zhǎng)距離預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，然后采用中長(zhǎng)距離 TSP或 HSP和一種或幾種短距離物探方法相結(jié)合進(jìn)行預(yù)報(bào)，同時(shí)進(jìn)行多孔超前鉆探探查。 ? B級(jí)預(yù)報(bào)：采用地質(zhì)分析法、 TSP或 HSP，輔以紅外探測(cè)、地質(zhì)雷達(dá)，進(jìn)行必要的超前水平鉆孔。當(dāng)發(fā)現(xiàn)局部地段工程地質(zhì)條件較復(fù)雜時(shí)，按 A級(jí)要求實(shí)施。 ? C級(jí)預(yù)報(bào)：以地質(zhì)分析法為主。對(duì)重要的地質(zhì)（層）界面、斷層或物探異常地段可采用 TSP進(jìn)行探測(cè)，必要時(shí)采用紅外探測(cè)和超前水平鉆孔。 ? D 級(jí)預(yù)報(bào)：采用地質(zhì)分析法。 4 工藝流程及操作要點(diǎn) ? 長(zhǎng)距離預(yù)報(bào) ? 長(zhǎng)距離預(yù)報(bào)主要采用地質(zhì)分析法，根據(jù)地面測(cè)繪和其它基礎(chǔ)資料對(duì)隧道通過(guò)區(qū)的地質(zhì)界線、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、圍巖級(jí)別、儲(chǔ)水構(gòu)造、富水規(guī)模、巖溶發(fā)育規(guī)律及特征、其它不良地質(zhì)及特殊地質(zhì)發(fā)育情況進(jìn)行長(zhǎng)距離、宏觀預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，預(yù)報(bào)距離一般在掌子面前方 200m以上，并根據(jù)揭示的情況進(jìn)行不斷的修正。 ? 地質(zhì)分析法，包括地質(zhì)素描法、地層分界線及構(gòu)造線地下和地表相關(guān)性分析法、地質(zhì)作圖法等。 ? 地質(zhì)分析法，應(yīng)編制資料： ? 掌子面素描圖 ? 隧道與導(dǎo)坑地質(zhì)展示圖 ? 導(dǎo)坑預(yù)報(bào)正洞平面圖 ? 地層分界線及構(gòu)造線隧道內(nèi)和地表相關(guān)性分析預(yù)報(bào)圖 ? 特殊地段縱、橫斷面圖 ? 各種監(jiān)測(cè)和測(cè)試資料 ? 有關(guān)攝影和影像資料 ? 隧道竣工工程地質(zhì)縱斷面圖 4 工藝流程及操作要點(diǎn) ? 中長(zhǎng)距離預(yù)報(bào) ? 中長(zhǎng)距離預(yù)報(bào)是在長(zhǎng)距離預(yù)報(bào)的基礎(chǔ)上采用 TSP或 HSP、深孔水平鉆探等對(duì)掌子面前方 30～ 200m范圍內(nèi)的地質(zhì)情況作進(jìn)一步的預(yù)報(bào)，如溶洞、暗河的位置、規(guī)模