【正文】 被反射回來(lái)（），一部分信號(hào)透射進(jìn)入前方介質(zhì)。反射地震信號(hào)被高敏度地震信號(hào)傳感器接收（），通過(guò)信號(hào)處理和分析，用來(lái)了解隧道掌子面前方地質(zhì)的性質(zhì)（軟弱帶、破碎帶、斷層、含水帶等），位置及規(guī)模。地震波從一種低阻抗物質(zhì)時(shí)，反射系數(shù)是正的；反之，反射系數(shù)是負(fù)的。當(dāng)巖體內(nèi)部有破裂帶時(shí)，回波的極性回反射。TRT法采用層析掃描成像技術(shù)，形成立體、直觀的三維立體圖，立體圖的反射邊界每一點(diǎn)離散圖像是由空間疊加所有的地震波形計(jì)算得來(lái)，這樣對(duì)于前方體狀地質(zhì)體，如溶洞、空腔等的探測(cè)十分有效，這也是相對(duì)于TSP法的優(yōu)越之處。該系統(tǒng)是由美國(guó)CThru Gruound工程有限公司開發(fā)，采用層析掃描成像技術(shù)獲得隧道前方的全息圖，準(zhǔn)確率高，適用范圍廣，預(yù)報(bào)距離長(zhǎng)，能準(zhǔn)確預(yù)報(bào)掌子面前方100～200m的地質(zhì)情況，代表國(guó)際上隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)領(lǐng)域最領(lǐng)先的技術(shù)水平。 TRT物探預(yù)測(cè)方法 傳感器的安裝由于TRT系統(tǒng)需要得到的是地質(zhì)情況的三維圖，需要在安裝的傳感器較多，在不同的部位共安裝11個(gè)傳感器（）。在距離最后一個(gè)震源點(diǎn)10米處開始布置傳感器，左右邊墻各四個(gè)，每隔5米（里程方向）布置一個(gè)，隧道中心線拱頂處布置2個(gè)。每個(gè)震源點(diǎn)相差大約1米，兩組間隔2米（里程方向）。 藕合要求接收器與孔壁的藕合必須緊密，施測(cè)時(shí)隧道中應(yīng)沒有其它震動(dòng)源。TRT數(shù)據(jù)處理流程由下面八個(gè)步驟組成：① 下載地震波數(shù)據(jù)和震源、傳感器位置的坐標(biāo)；② 設(shè)定地層成像區(qū)域和最佳精度（節(jié)點(diǎn)數(shù)目）的大小；③ 設(shè)定濾波，選取每個(gè)記錄的直達(dá)波，并計(jì)算地震波的平均波速；④ 為所選區(qū)塊構(gòu)建地震波速度模型；⑤ 為數(shù)據(jù)處理設(shè)定過(guò)濾參數(shù)；⑥ 重復(fù)步驟③、④、⑤處理數(shù)據(jù)。采集的TRT數(shù)據(jù)，通過(guò)TRT軟件進(jìn)行處理，獲得P波、S波波速，地質(zhì)層析掃描成像圖片，在成果解釋中，地質(zhì)層析掃描成像圖為依據(jù)，對(duì)現(xiàn)象進(jìn)行解釋。瞬變電磁法(Transient electro magnetic method) 屬于時(shí)間域電磁法，簡(jiǎn)稱(TEM)，它遵循電磁感應(yīng)原理，其機(jī)理是導(dǎo)電介質(zhì)在階躍變化的電磁場(chǎng)激發(fā)下而產(chǎn)生的渦流場(chǎng)效應(yīng)，即利用一個(gè)不接地的回線或磁偶極子(也可以用接地線源電偶極子)向地下發(fā)射脈沖電磁波作為激發(fā)場(chǎng)源(習(xí)慣上稱為“一次場(chǎng)”)，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律, 脈沖電磁波結(jié)束以后，大地或探測(cè)目標(biāo)體在激發(fā)場(chǎng)(即“一次場(chǎng)”)的作用下，其內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生感生的渦流，這種渦流有空間特性和時(shí)間特性(稱為“二次場(chǎng)”)。其大小與諸多因素有關(guān)，如目標(biāo)體的空間特征和電性特征、激發(fā)場(chǎng)的特征等，而且因?yàn)闊釗p耗的緣故會(huì)逐漸減弱直至消失。由于瞬變場(chǎng)的強(qiáng)度及延遲時(shí)間是與地下地質(zhì)目標(biāo)體的電性、規(guī)模及產(chǎn)狀等參數(shù)有關(guān)的, 地質(zhì)體的導(dǎo)電性越好, 瞬變場(chǎng)的強(qiáng)度就越大且熱損耗就越小, 故衰減越慢, 延遲時(shí)間越長(zhǎng)。 矩形回線產(chǎn)生的磁力線 半空間的等效渦流環(huán)瞬變電磁法超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)相對(duì)與其它預(yù)報(bào)方法有其自身獨(dú)有的優(yōu)勢(shì), 同時(shí)也存在著一些暫時(shí)無(wú)法克服的缺陷。(2)預(yù)報(bào)距離雖然低于TSP等長(zhǎng)距離預(yù)報(bào)方法，但相對(duì)于地質(zhì)雷達(dá)等短距離預(yù)報(bào)手段而言，屬于中距離預(yù)報(bào)方法。其缺點(diǎn)包括：(1) 由于瞬變電磁法對(duì)低阻體非常敏感,隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)(鋼拱架、格柵拱架、錨桿等)對(duì)預(yù)報(bào)結(jié)構(gòu)影響較大。 采用的儀器目前，隧道工程采用的瞬變電磁儀系統(tǒng)主要包括2種：一種是加拿大產(chǎn)的PROTEM47瞬變電磁系統(tǒng)、一種是中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地球物理地球化學(xué)勘查研究所IGGETEM20瞬變電磁儀。其中IGGETEM20瞬變電磁儀是一種便攜式寬時(shí)窗范圍智能化的通用型儀器,發(fā)射波形為雙極性方波。 IGGETEM20瞬變電磁儀 現(xiàn)場(chǎng)工作方式根據(jù)XCZQ3標(biāo)段隧道工程超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的工作特點(diǎn)及工作要求，采用的發(fā)射裝置經(jīng)過(guò)比較，選用為3m3m8匝線框，接收裝置選用后向屏蔽的SB 250K 瞬變場(chǎng)磁探頭。借鑒瞬變電磁場(chǎng)在其他行業(yè)的成功經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)結(jié)合鐵路隧道的特點(diǎn)，在本標(biāo)段隧道超前預(yù)報(bào)工作中，擬采用小回線(發(fā)射線圈一般采用3m3m)大電流發(fā)射、中心探頭接收方式的小裝置瞬變電磁法。1）發(fā)射線圈針對(duì)隧道特殊的工作環(huán)境，掌子面大小以及最大探測(cè)深度來(lái)確定發(fā)射線圈的邊長(zhǎng)。因此，發(fā)射線框確定為3m3m。一般情況下要求掌子面前方探測(cè)距離能達(dá)到50m以上，根據(jù)以往對(duì)發(fā)射線圈匝數(shù)的實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果，表明采用8 匝線圈效果最好。因此，在對(duì)隧道進(jìn)行探測(cè)時(shí)，我們采用中心探頭作為接收裝置。3）工作方式具體工作方法是在洞外進(jìn)行發(fā)射線框支架(3m3m 樹脂材料框架) 組裝, 將發(fā)射線框附于支架之上。然后對(duì)掌子面進(jìn)行探測(cè), ，完成數(shù)據(jù)采樣后進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，結(jié)束現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。 線圈移動(dòng)方式第7章 地質(zhì)雷達(dá)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)實(shí)施方案 地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)原理地質(zhì)雷達(dá)( GPR) 方法是一種用于確定地下介質(zhì)分布情況的電磁波法。高頻電磁波在地下傳播時(shí)，其路徑、電磁場(chǎng)強(qiáng)度以及波形等將隨所通過(guò)介質(zhì)的電性性質(zhì)及幾何形態(tài)的變化而變化。 所示。地質(zhì)雷達(dá)在以下情況下對(duì)前方地質(zhì)條件的超前預(yù)報(bào)取得了較好效果：l 斷層破碎帶l 溶洞等體狀地質(zhì)體l 富水帶。發(fā)射天線頻率為：100MHz。 SIR3000型透地雷達(dá) 測(cè)線布置應(yīng)用地質(zhì)雷達(dá)對(duì)掌子面測(cè)量時(shí)，首先根據(jù)目標(biāo)體的性質(zhì)來(lái)選擇測(cè)量參數(shù)，包括雷達(dá)天線的中心頻率、時(shí)窗長(zhǎng)度、介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)等；其次采集方式的選擇，對(duì)于SIR3000型為例，它包括連續(xù)采集、控制輪測(cè)量、逐點(diǎn)采集三種測(cè)量方式。逐點(diǎn)采集在測(cè)點(diǎn)上逐個(gè)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，一般在表面起伏變化大的情況下采用；控制輪采集是通過(guò)控制輪行走為記錄打標(biāo)記，資料位置標(biāo)記均勻準(zhǔn)確，一般在表面平整的機(jī)場(chǎng)跑道、高速公路路面等場(chǎng)合采用。在進(jìn)行點(diǎn)測(cè)測(cè)量前需根據(jù)掌子面的具體地質(zhì)狀況來(lái)進(jìn)行測(cè)線的布置，選擇合適點(diǎn)測(cè)間距。對(duì)于鐵路隧道而言，采用一橫三豎式的情況較多。當(dāng)隧道前方和外圍介質(zhì)相對(duì)比較均勻，且不存在隱蔽災(zāi)害源時(shí)，沿隧道走向分別對(duì)頂板、左邊墻、右邊墻向外進(jìn)行探測(cè)，所獲得的紅外曲線具有正常場(chǎng)特征。紅外探測(cè)即根據(jù)紅外異常來(lái)確定隱蔽災(zāi)害源的存在，這下災(zāi)害源包括含水?dāng)鄬?、含水溶洞、地下暗河等。?）異常場(chǎng)：當(dāng)隧道掌子面前方或隧道邊墻存在含水構(gòu)造時(shí)，同樣在掌子面后方（已開挖部分）探測(cè)時(shí)，紅外探測(cè)曲線就會(huì)出現(xiàn)明顯的彎曲，曲線上的數(shù)據(jù)也將出現(xiàn)突變，即會(huì)出現(xiàn)含水構(gòu)造產(chǎn)生的紅外輻射場(chǎng)與圍巖的正常輻射場(chǎng)相疊加，從而形成異常場(chǎng)，其物理意義是被探測(cè)隧道掌子面前方30m范圍內(nèi)有災(zāi)害源。在復(fù)雜地質(zhì)條件下，特別是巖溶發(fā)育地區(qū)，相對(duì)掘進(jìn)隧道的隱伏水體或含水構(gòu)造，除了出現(xiàn)在掘進(jìn)前方之外，還可能出現(xiàn)在頂板上方、底板下方、兩邊墻外部。 1）使用環(huán)境條件： 溫度：0℃——+40℃ 濕度：應(yīng)不大于80％。 大氣壓力：（－）105Pa。 2）技術(shù)參數(shù)： 瞄準(zhǔn)方式：紅色激光 電 源：鎳氫可充電電池 電源電壓：5 電流參數(shù)： 正常工作電流為 18mA 背景光電流為 28mA激光器電流為 20mA 輻射場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)分辨率：H檔為： mw/cm2 M檔為： mw/cm2 液晶顯示：LCD，帶背景光照明 儀器尺寸：1808834（mm） 重 量：350 g3）其具體地質(zhì)預(yù)報(bào)內(nèi)容如下： ? 通過(guò)超前探測(cè)可預(yù)報(bào)掘進(jìn)前方30米范圍內(nèi)地下水發(fā)育情況。 ? 通過(guò)對(duì)底板下方探測(cè)，可了解下方有無(wú)含水構(gòu)造，以預(yù)防滯后突水。 實(shí)施方案1）實(shí)施流程①紅外探測(cè)工作流程框圖（見下圖）②探測(cè)時(shí)間：應(yīng)選在爆破及出渣完成后進(jìn)行。④掌子面測(cè)量：測(cè)量開始前應(yīng)對(duì)一點(diǎn)進(jìn)行重復(fù)測(cè)量，當(dāng)多次讀數(shù)基本穩(wěn)定時(shí)再開始正式測(cè)量。每測(cè)完一個(gè)點(diǎn)應(yīng)松開測(cè)量開關(guān)，然后再進(jìn)行下一點(diǎn)的測(cè)量。注意在測(cè)量時(shí)應(yīng)盡量避免干擾源，如照明燈、通風(fēng)口、空壓機(jī)等，如不能避免，在探測(cè)過(guò)程中應(yīng)在備注欄中注明。根據(jù)掌子面上9個(gè)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)之間的最大差值來(lái)判斷掌子面前方是否存在含水構(gòu)造。2）探測(cè)曲線的分析（1）、探測(cè)曲線的可靠性，是建立在正確數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上。（2）、為避免上述錯(cuò)誤的發(fā)生，故要求：①操作人員在探測(cè)過(guò)程發(fā)現(xiàn)讀數(shù)出現(xiàn)明顯變化時(shí)，應(yīng)在探點(diǎn)周圍多探幾個(gè)點(diǎn)，以確認(rèn)讀數(shù)的可靠性②記錄人員聽到報(bào)數(shù)后，應(yīng)回報(bào)并記錄，遇到讀數(shù)突變點(diǎn)要求操作員重測(cè)③輸入計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)應(yīng)作檢查（3）、分析曲線前應(yīng)審查探測(cè)曲線是否正確：如果左邊墻和右邊墻所測(cè)曲線上某個(gè)點(diǎn)位出現(xiàn)了高值或低值，而該條曲線相對(duì)位置沒有任何異常，顯然是探測(cè)時(shí)讀數(shù)錯(cuò)誤；如果在開挖面上探測(cè)，斷面中部某個(gè)點(diǎn)位讀數(shù)值很低，而周圍點(diǎn)位的讀數(shù)值很接近，顯然是讀數(shù)錯(cuò)了，因?yàn)檫@不符合場(chǎng)的變化規(guī)律。這是通過(guò)曲線對(duì)比來(lái)完成的。地質(zhì)情況復(fù)雜或探測(cè)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)異常后增加測(cè)線及加密測(cè)點(diǎn)。探測(cè)曲線起伏超出安全值范圍，由此推斷在探測(cè)段D1K394+612～+582范圍內(nèi)為一般多水帶，做好防排水工作,小心施工。當(dāng)最大差值大于安全值時(shí)，說(shuō)明前方存在隱含水體。第9章 超前水平鉆孔 基本原理超前水平鉆孔通過(guò)鉆速等過(guò)程觀測(cè)、巖芯采取率統(tǒng)計(jì)、鉆孔巖芯鑒定等來(lái)確定掌子面前方地層的展布、巖石的軟硬程度、巖體完整性、可能存在的斷層、空洞的分布位置，從而進(jìn)行地質(zhì)超前預(yù)報(bào)。1）鉆速判斷鉆速高：軟質(zhì)巖；鉆速低：硬質(zhì)巖；卡鉆：節(jié)理裂隙發(fā)育或斷層破碎帶；急劇加快：空洞。3）巖芯鑒定確定不同巖性地層在掌子面前方的分布狀況，以及不同巖性地層在軸線上的長(zhǎng)度。型號(hào)：XY100A高速巖芯鉆機(jī)，如下圖所示。 巖芯鉆進(jìn)情況 實(shí)施方案根據(jù)中、短期預(yù)報(bào)成果現(xiàn)場(chǎng)確定超前探孔的具體位置與探孔深度，在掌子面進(jìn)行水平鉆取超前探孔。鉆孔的目的在于：對(duì)前方地質(zhì)條件進(jìn)行預(yù)報(bào)，對(duì)采空區(qū)具體位置、與隧道的相對(duì)位置關(guān)系進(jìn)行描述，獲得采空區(qū)內(nèi)巖性特征，同時(shí)對(duì)有無(wú)涌水、瓦斯等進(jìn)行初步探測(cè)。1）采空區(qū)及斷層處鉆孔的位置及個(gè)數(shù)；水平鉆孔的目的在于預(yù)報(bào)掌子面前方的地質(zhì)情況。具體位置如下圖所示。2）巖溶處孔位布置水平鉆孔的目的在于預(yù)報(bào)掌子面前方的地質(zhì)情況。以5個(gè)孔位布置情況為例：1 孔位置距隧道左邊墻2米，距地面高1m，向左傾斜15度鉆孔；2 孔位置位于隧道中心線處，距地面高2m，向上傾斜15度鉆孔；3 孔位置距隧道右邊墻2米，距地面高1m，向右傾斜10度鉆孔；4 孔位置位于隧道中心線處，距地面高1m，向下傾斜15度鉆孔。具體位置如—、。4）巖芯直徑；鉆探所用鉆頭規(guī)格為；φ108合金鉆頭、φ89合金鉆頭、φ73金剛石鉆頭。5）防爆要求對(duì)于標(biāo)段內(nèi)的瓦斯隧道，鉆機(jī)的動(dòng)力系統(tǒng)應(yīng)采用防爆電機(jī) 地質(zhì)編錄根據(jù)鉆孔情況及巖芯辨識(shí)，對(duì)每個(gè)鉆孔進(jìn)行地質(zhì)編錄。 地質(zhì)編錄情況根據(jù)地質(zhì)編錄情況，同時(shí)繪制采空區(qū)或斷層與隧道之間的空間位置關(guān)系，如下圖所示： 采空區(qū)與隧道位置關(guān)系圖 涌突水探測(cè)在可能發(fā)生涌突水的地段，施工中加強(qiáng)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，采用地質(zhì)鉆機(jī)鉆孔，每次預(yù)報(bào)長(zhǎng)度為30m以上，（根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置35孔，拱頂至少設(shè)置3個(gè)）根據(jù)地質(zhì)預(yù)報(bào)確定采用全斷面注漿或局部注漿及其它處理方案，防止涌突水的發(fā)生。（1）注漿觀察炮孔、鉆孔涌水在涌水地段采用干鉆，如發(fā)現(xiàn)鉆眼過(guò)程中涌出大量水時(shí)，引起高度重視，等探明原因及處理后再進(jìn)行鉆爆作業(yè)。③ 根據(jù)射速計(jì)算處在標(biāo)準(zhǔn)條件下的噴距（高出填充面1m），根據(jù)換算后的噴距對(duì)涌水量進(jìn)行預(yù)報(bào)：表101 水平鉆孔流量換算表標(biāo)準(zhǔn)噴距流量(m3/h)類型小于5m100裂隙水、中小股涌水5m～9m100～400小型突水9m～12m300～400中型突水大于12m大型突水如果孔內(nèi)涌水量在300～400m3/h以上時(shí)，應(yīng)暫停施工，查明情況。（2）注意起爆后掌子面涌水量的變化起爆后有涌水出現(xiàn)時(shí)，引起高度重視，等探明原因及處理后再進(jìn)行其它作業(yè)。爆破后突然有涌水滲出的地方要加強(qiáng)觀察，同時(shí)在有滲水的地方鉆孔探水，確定涌水來(lái)源及涌水大小，如果前方涌水較大，則在鉆孔上應(yīng)有所反應(yīng)。報(bào)告提交流程如下圖所示。 質(zhì)量保證體系工作制度管理①對(duì)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作，做到客觀公正，抵制來(lái)自各方面的干擾和不正當(dāng)?shù)膲毫τ绊?；抵制不正之風(fēng)，實(shí)事求是，以科學(xué)的數(shù)據(jù)說(shuō)話，做到獨(dú)立公正。當(dāng)采用計(jì)算機(jī)或自動(dòng)化設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集、處理、運(yùn)算、記錄、報(bào)告、存貯或檢索等工作時(shí)，對(duì)輸出的數(shù)據(jù)做嚴(yán)格的控制，保證數(shù)據(jù)的完整性和保密性。⑩為使超前地質(zhì)預(yù)報(bào)及時(shí)到位，不影響正常施工，平常時(shí)間做到隨叫隨到，節(jié)假日派專人值