【正文】 報(bào)的基礎(chǔ)上采用掌子面素描、紅外探測、地質(zhì)雷達(dá)和超前鉆孔等方法進(jìn)行預(yù)報(bào)，比如掌子面前方 30m范圍內(nèi)有無水、在哪個(gè)方位有水、掌子面處地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造及巖溶發(fā)育情況等，對以上判斷可能有突泥、突水和其它有害地質(zhì)情況的地段進(jìn)行鉆孔驗(yàn)證。 ? TSP隧道地震波反射法預(yù)報(bào)應(yīng)編制探測報(bào)告，內(nèi)容包括探測 ? 工作概況、地質(zhì)解譯結(jié)果、分析處理波形圖、頻譜圖、深度偏移剖 ? 面圖、二維成果顯示圖及巖體物理力學(xué)參數(shù)表。 ? 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)測和測試資料 ? 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) ? 中長距離預(yù)報(bào) ? 中長距離預(yù)報(bào)是在長距離預(yù)報(bào)的基礎(chǔ)上采用 TSP或 HSP、深孔水平鉆探等對掌子面前方 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、充填情況等作較為詳細(xì)的預(yù)報(bào)。 4 工藝流程及操作要點(diǎn) ? 長距離預(yù)報(bào) ? 長距離預(yù)報(bào)主要采用地質(zhì)分析法，根據(jù)地面測繪和其它基礎(chǔ)資料對隧道通過區(qū)的地質(zhì)界線、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、圍巖級別、儲水構(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)行長距離、宏觀預(yù)測預(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。對重要的地質(zhì)（層）界面、斷層或物探異常地段可采用 TSP進(jìn)行探測，必要時(shí)采用紅外探測和超前水平鉆孔。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級要求實(shí)施。首先以地質(zhì)分析法進(jìn)行長距離預(yù)測預(yù)報(bào)，然后采用中長距離 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。 ? 根據(jù)不同的地質(zhì)災(zāi)害分級，針對不同類型的地質(zhì)問題，選擇不同的方法和手段開展超前地質(zhì)預(yù)報(bào)。 ? C級：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。 ? 根據(jù)地質(zhì)災(zāi)害對隧道施工安全的危害程度，分為以下四級： ? A級：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、天然氣問題嚴(yán)重的地段以及人為坑洞等。目前聲探測法比較成功的是用于測動彈性模量和破裂帶范圍。 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 ? 聲探測法 ? 通過人工發(fā)出聲波或超聲波，測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轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)電子放大器放大而為觀測人員直接聽到或進(jìn)行自記，以監(jiān)測巖體中聲響的異常變化。據(jù)研究，頂板冒落前還發(fā)出一系列人耳聽不見的聲音 — 超聲波，如果這種聲響頻率越來越大，接著急劇變小，頂板就有馬上冒落的危險(xiǎn)。該項(xiàng)技術(shù)在我國尚處于引進(jìn)研究階段。它可利用掌子面超前鉆孔或隧洞已開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)行施工階段圍巖級別的判定、掌子面前方地質(zhì)情況預(yù)測。該方法通過密集對穿的測試方式，計(jì)算并模擬測試剖面內(nèi)部的物性差異情況，結(jié)合現(xiàn)場地質(zhì)分析，從而達(dá)到對測試剖面范圍內(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 ? 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是通過探測成像 ? 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 ? 幅來重構(gòu)巖土內(nèi)部聲速值及衰減 ? 系數(shù)的場分布，通過像素、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 現(xiàn)場總施測時(shí)間 30～ 50分鐘。 ? 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 儀器為國產(chǎn)設(shè)備，價(jià)格便宜，工作費(fèi)用較低。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。 ? ⑥ 巖溶重點(diǎn)發(fā)育地段，有時(shí)也用地質(zhì)雷達(dá)對掌子面前方和邊墻外側(cè)巖溶洞穴進(jìn)行探測。 ? 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)量無損檢測的手段仍是比較合適的。 ? ② 探測距離太短，一次只能探測 5～ 30m，與目前隧道每天開挖接近 10～ 20m的速度極不匹配。雷達(dá)系統(tǒng)向被探測物發(fā)射電磁脈沖，電磁脈沖穿過介質(zhì)表面，碰到目標(biāo)物或不同介質(zhì)之間的界面而被反射回來，根據(jù)電磁波的雙程走時(shí)的長短差別，確定探測目標(biāo)的形態(tài)及屬性，結(jié)合工程地質(zhì)理論分析達(dá)到對埋藏目標(biāo)（地質(zhì)體）的探測與判斷。 ? 右圖為紅外探水儀照片 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) ? 預(yù)報(bào)原理 ? 地質(zhì)雷達(dá)采用的是時(shí)間域脈沖雷達(dá)，其理論基礎(chǔ)為高頻電磁波理論。 ? 缺點(diǎn)： ? 它只能告訴探測點(diǎn)前方 30m范圍內(nèi)有 ? 沒有水，至于水量大小、水體寬度及具體 ? 位置等則難以說清，也就是說目前紅外探 ? 測只限于定性階段。如右圖是某隧道某里程掌子面的探測結(jié)果圖，據(jù)此圖可判定掌子面前方存在含水構(gòu)造。物質(zhì)在向外部發(fā)射紅外輻射的同時(shí)，必然會把它內(nèi)部的信息傳遞出來，因而根據(jù)場的變化，即探測曲線上所出現(xiàn)的異常，提前發(fā)現(xiàn)隱蔽的災(zāi)害實(shí)體，從而預(yù)防災(zāi)害的發(fā)生。 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 ? 紅外探測 ? 基本原理： ? 紅外探測屬廣義遙感技術(shù)，它建立在紅外輻射場的基礎(chǔ)上。其原理與 TSP相一致，現(xiàn)場采集信號時(shí)要求沒有其它震動源。 ? ⑦ 預(yù)報(bào)斷層、弱硬巖接觸面等面狀結(jié)構(gòu)反射信號較為明顯，而預(yù)報(bào)溶 ? 洞等點(diǎn)狀地質(zhì)體則不盡如人意，因其預(yù)報(bào)原理和計(jì)算模型是以平面為計(jì)算 ? 依據(jù)，對小型溶洞反映不明顯。 ? ⑤ 預(yù)報(bào)準(zhǔn)確性 其預(yù)報(bào)地質(zhì)體距離掌子面的位置是根據(jù) 24個(gè)爆破孔與 ? 接收器之間的彈性波速度的平均值和地質(zhì)體反射波到達(dá)接收器的時(shí)間來確 ? 定的，由于彈性波速度的差異而導(dǎo)致地質(zhì)體預(yù)報(bào)位置與實(shí)際情況有所差 ? 異。它設(shè)計(jì)了一 ? 套專用處理軟件，將復(fù)雜多解的波形分析 ? 轉(zhuǎn)換為直觀的單一解的波形能量分析圖。 ? ③ 對隧道施工干擾小 它可在隧道 ? 施工間隙進(jìn)行，即使專門安排此項(xiàng)工 ? 作，也不過 30分鐘左右。 圖 TSP 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)原理圖 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 ? TSP隧道地震波反射法 (實(shí) ? 例中有一些圖 ) ? 優(yōu)缺點(diǎn)及適用范圍 ? ① 適用范圍廣 適用于極軟巖至極 ? 硬巖的任何地質(zhì)情況。返回的信 ? 號被經(jīng)過特殊設(shè)計(jì)的接收器接收轉(zhuǎn)化成電 ? 信號并進(jìn)行放大。它是在掌子面后 ? 方邊墻上一定范圍內(nèi)布置一排爆破點(diǎn)，依 ? 此進(jìn)行微弱爆破，產(chǎn)生的地震波信號在隧 ? 道周圍巖體內(nèi)傳播，當(dāng)巖石強(qiáng)度發(fā)生變化 ? 時(shí)，比如有斷層或巖層變化，信號的一部 ? 分被返回。 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 (包括 TSP隧道地震波反射法、 HSP聲波反射法、負(fù)視速度法、地質(zhì)雷達(dá)、紅外探測、單孔和跨孔 CT等 ) ? TSP隧道地震波反射法 ? TSP202（ TSP203）超前地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)是專門為隧道與地下工程超前地質(zhì)預(yù)報(bào)研制開發(fā)的設(shè)備，它為方便快捷地預(yù)報(bào)掌子面前方 100～ 350m(圍巖完整時(shí)可粗略預(yù)報(bào)掌子面前方 500m以上）范圍內(nèi)的地質(zhì)情況提供了一種強(qiáng)有力的方法和工具。缺點(diǎn)是孔淺，且不能取巖芯。與深孔水平鉆探相比，它具有設(shè)備簡單、操作方便、費(fèi)用低、占用隧道施工時(shí)間短，可與爆破孔同時(shí)施作，只不過其深度較爆破孔深 2～ 6m而已。 ? (理論上講，由于溶洞發(fā)育的復(fù)雜性、多變性，幾個(gè)鉆孔也難 100%地把掌子面前方的管道 ? 巖溶提前揭露預(yù)報(bào)出來。（ 《 鐵路瓦斯隧道技術(shù)規(guī)范 》 (TB10120— 2022）） ? ③ 與物探方法相比，它具有直觀性、客觀性，不存在物探手段經(jīng)常發(fā)生的多解性、不確定性。 （仰角、伏角、外插角） (根據(jù)需要可有多種不同的布置方式和鉆孔個(gè)數(shù) ) ? 圖 超前水平鉆探鉆孔布置圖 探1 探3探2 探4探4探1 探3探2 3 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的主要手段 超前鉆探預(yù)報(bào)法 深孔水平鉆探 隧道內(nèi)超前水平鉆探現(xiàn)場 超前探孔布置橫斷面投影示意圖 探1探4探2探33 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的主要手段 超前鉆探預(yù)報(bào)法 深孔水平鉆探 技術(shù)人員利用鉆孔測試水壓 超前