隧道工程建设地质预报探讨

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［摘要］在隧道工程建设中，地质预报是整个建设施工中首个要解决的问题。目前在地质预报中使用的主要方法有钻爆法和TBM技术，本文就这两种方法简要的做以介绍。并就信息化技术在隧道工程建设中的使用及未来发展方向做出了展望。

［关键词］隧道建设；地质预报；信息化技术：发展方向

改革开放以来，我国的经济取得了飞速发展。在交通建设、水电工程、能源矿山以及其他领域的发展建设中，都涉及到了隧道工程建设。而我国幅员辽阔，地质差异悬殊，使隧道建设规模和难度都大幅度增加。在隧道工程建设中，首先要解决的一个困难就是了解隧道所处地质条件。因为山高洞长、地形复杂、不良地质、以及隐蔽性等因素，使人们很难准确预测隧道沿线的地质情况。而这一结果，却对隧道工程建设的顺利进行起到关键性的作用。地质条件了解的越详尽，越能保证隧道工程建设的安全进行，更能保证建设人员的人身安全。

1隧道工程地质预报的发展历程

从20世纪70年代开始，建设人员就开始注重隧道工程地质预报。最先使用的方法有超前导洞法、超前钻探法。但这两种方法的时间周期长，作业成本高，逐渐被无损地球物理超前探测技术所代替。地球物理超前探测技术又分为电磁类、直流电法类、地震发射类等类别。而在目前隧道工程建设中，使用的最多的是钻爆法，这种方法在技术上进展较大，但还存在一些关键问题需要技术人员攻克。另一种处于起步阶段的技术是TBM环境超前地质预报技术，这种技术因为TBM机械占满隧道空间，而使其难以被使用在地质预报中。

2隧道工程地质预报当前的进展

2.1钻爆法超前地质预报动技术的进展。钻爆法超前地质预报技术包括多种类别，主要有：超前钻探类、地震反射类、电磁类和其他方法，虽然类型众多，但都是以地质介质的某一种性质差异为物理基础的，如地质的导电性质、弹性性质等。每一种方法都有其各自己的适用范围，有其优缺点，但这些预报方法都是基于对地质资料的分析整理，综合判断的基础上进行的。主要的分析工具和方法有：收集隧道所处地段的地质资料、详细调查地表特性、隧道内复杂地质编写记录、数码照相，素描或者仪器成像、涌水量的预测、超前炮孔等，将这些方法所获取的结果加以对比、论证、合理推断，就可以对隧道施工所处地段的工程水文地质情况有了一个比较详尽的了解，为超前地质预报方案的制定提供依据和指导[1]。超前导洞法是超前钻探类的一种，它能得到比较大的断面，有利于更加全面的展示出隧洞前方的地质情况，能较准确地推断出不良地质体在主洞里有分布情况，但这种方法耗费的时间周期长，成本代价较高。为了节约费用，一般在实践工作中如果有并行的数条隧洞，工程人员只需选择其中的一条来进行超前探洞。超前水平钻孔法也是超前钻探类的一种，它的原理与超前导洞法的大致相同，区别是它用钻探设备向隧洞前方进行钻探，它的优点是速度快，效率高，能揭露出前方地层的多种性质，如地层岩性、地下水、岩溶、夹层以及岩石强度等，是最直接有效的地质预报方法之一，在工程实践中被广泛地使用。但它的缺点是因为钻探面积小，有可能导致不良地质的漏报。地震反射法对具有弹性差异的不良地质有较为敏感的响应，但对地质中是否含水却无法辨识。这种方法的主要观测方式分为直线类观测、空间观测和极小偏移距地震观测，像TSP技术和负视速度法属于直线观测方式。TSP技术的优点是对规模较大的不良地质体，特别是对断层、破碎岩体等与隧道轴线接近垂直的界面有很好的探测效果，缺点是定位不准确，探测结果不可靠。空间观测方式主要有TRT技术和TST技术，这两种方法有利于获得速度分布结果，可以提高定位的准确性，但其占用的空间较大，耗费的时间较长。陆地声纳法属于极小偏移距地震波法，这种方法发出的地震波能量较为集中，适用于中小规模的溶洞探测和与轴线小角度相交的不良地质体。近年来，地震波也被尝试地用于含水体地质的预报。瞬变电磁法可以对含水体进行识别和定位，采用不接地回线向探测面前方发身一次场，由低阻目标感应涡流产生二次场，通过测量分析二次场随时间的变化来达到超前地质探测的目的。目前采用的是二维探测，三维探测将是未来的发展趋势。为了解决不良地质的复杂性和多解性，获得更加准确的预报信息，技术人员尝试将多种超前预报技术相互结合，相互补充，对各种结果进行相互验证。这是未来需要技术人员不断探索研究的。2.2TBM隧道超前地质预报技术的进展。一般情况下，TBM机械都配备一台快速超前地质钻机。由于TBM机械结构的限制，使探测存在很大的盲区。为了解决这个问题，国外技术人员利用已有钻孔，实施雷达成像探测，可以比较好的识别出不良地质体中的裂隙、溶洞、破碎岩等情况。TBM技术在我国还处于系统研究，如何改善相关技术种类较小的现状，提高定量化水平和精度，都是未来主要的研究方向。

3信息化技术在隧道工程建设中的使用和未来发展方向

信息化技术对隧道施工来说越来越重要，计算机具有强大的运算功能，可以对各种探测技术进行分析处理，也可以对隧道施工进行实时监控，对施工过程进行有效管理。也可以开发集计量、实验、管理为一体的信息化管理平台，以系统数据库为基础，整合各种信息，还可以设置异常预警等功能，对隧道施工提供了很大的帮助。近年来，大数据技术大力发展，也被尝试应用于隧道工程建设方面。TBM技术在隧道工程中使用时的安全因素，除了不良地质这一因素外，还与其选型和操控参数有关，大数据技术可以对大规模数据进行分析处理，对选型和操控参数的选择，应用大数据技术兴许是可行的。除了大数据技术，智慧隧道就更加先进，依靠强大的互联网技术，利用智能化传感器、GPS、无线射频技术，形成物联网，可以对物理隧道、施工人员及设备做到全面感知，这将是未来的发展方向。

4结束语

隧道工程建设地质预报及信息化技术还有很长的路要走，还有很多关键技术需要解决，这就需要我们的技术人员夜以继日，孜孜不倦地去研究、去实践。未来的隧道工程建设，在技术上一定会的新的突破，质量和效率也会有质的提高。

参考文献

[1]陈泽翼.超前地质预报技术在铁路工程隧道施工中的应用[J].科技尚品，2017（4）：90-91.

作者:刘园 单位:西安铁路职业技术学院