摘要：超前地质预报是隧道建设过程中不可或缺的工序，采用合理的超前地质预报手段对掌子面前方地质情况进行及时、准确的预报，能够有效地避免地质灾害的发生。目前超前预报技术得到了较大发展，本文对目前常用的地质调差法、超前钻探类、地震波反射法、地质雷达等预报方法的原理、适用性及优缺点进行了详细介绍。将多种预报手段进行合理的优化组合的综合超前地质预报方法对不良地质体的预报精确度高，较好的克服了预报结果的多解性。结合南屏山隧道具体地质预报工作，系统的阐述了综合超前地质预报以地质分析为核心，长短结合，物探和直接揭露相结合的思想，以及对隧道中不良地质预报实现过程，为综合超前地质预报工作提供有意义的参考和借鉴。
关键词：综合超前地质预报；地震波法；地质雷达；超前水平钻探
超前地质预报工作在隧道建设中的重要性不言而喻。李树才[1]等总结了隧道施工超前地质预报技术的研究现状，指出隧道钻爆法施工中超前地质预报取得较大进展。隧道常见的超前地质预报方法有直接探测法：地质调查法，超前导坑法，超前钻探等；物理探测法：隧道负视速度法，地震波反射法，极小偏移距地震波法，激发极化法，瞬变电磁仪，地质雷达，以及新发展的红外探水法，核磁共振法，温度探测法。大量的工程实践表明每种方法都存在其特定的局限性，单一的地质预报方法对预报结果的多解性无法克服，因此，学者们提出了综合超前地质预报方法，并在工程中得到了有效实践[2，3]。综合超前地质预报在施工过程中对地质信息的准确把握能够实现动态设计，通过对原设计调整确保施工的安全性和经济性，使隧道信息化施工得以实现。
一、隧道常见超前地质预报方法及评价
（一）地质调查法
地质调查法包括隧道地表补充地质调查、洞内开挖工作面地质素描和洞身地质素描、地层分界线及构造地下和地表相关性分析、地质作图等。借助地质罗盘，地质锤等简易工具调查地层的产出特征，断裂构造与节理的发育规律，地下裂隙水的发育情况，掌子面岩层的强度等级，预报前方不良地质现象可能的类型，走向、形态和规模。地质调查法不占用掌子面施工空间，不影响施工，对掌子面地质情况能够进行直观、详细的描述，在地质构造不太复杂的情况下预报效果较好。缺点是预报范围仅为掌子面前方5～10m，对于地质构造复杂地段预报准确性差，容易出现漏报。
（二）超前钻探类
超前钻探类預报方法包括超前导坑，超前水平钻探及加深炮孔。超前导坑距离正洞较近且开挖断面较大，能够较全面的揭露整个开挖段的地质情况，弊端是工程量大，耗时长，经济代价高，除地质情况特别复杂或后期作其他用途外一般不采用。超前水平钻探是采用冲击钻或回转取芯钻在隧道开挖工作面进行钻探，获取掌子面前方岩性、构造、岩石强度、岩体完整程度、溶洞、暗河及地下水发育情况等。超前水平钻探预报准确度高，预报效果好，合理的预报距离为30～50m。缺点为钻探耗时长，成本较高，占用工作面影响正常施工，钻孔位置选择难度高，存在“一孔之见”导致不良地质体的漏报。加深炮眼易于操作同时对施工干扰较小，对局部岩溶和地下水的探测效果较好，预测距离为3～8 m。
（三）地震波反射法
隧道地震波超前预报原理是利用地震反射波和绕射波原理，对隧道掌子面前方的地质条件进行探测。利用设备采集隧道围岩中界面的地震回波，通过专业处理系统提取回波的界面位置、空间分布、回波极性和回波能量等信息，并结合隧道地质勘察资料综合分析，实现隧道地质超前预报目的。目前使用较普遍的为TSP203和TGP206，能够对100～150m范围内规模较大的不良地质体及不连续体界面进行较好的预报。地震波反射法数据采集过程需要占用掌子面和两侧边墙，占用正常施工工序，费用较高，在探测成果图中，断层、节理、软弱岩层界面，都以相近的异常带形式出现，差别甚小，数据解译过程的主观差异性导致2 m以下的不良地质体，缓倾角断层和溶洞预报效果较差，对于小溶洞和充填性溶洞更是无法探测。同时，地震波反射法对水体的判断依靠纵波和横波的比值，预报含水情况的准确度低。
（四）地质雷达
地质雷达利用无线电波检测地下介质分布和对不可见目标或地下界面进行扫描，以确定其内部形态和位置的电磁技术，利用高频电磁波以宽频带短脉冲形式由地面通过发射天线送入地下，经地下不连续体或目标体反射后返回地面为接收天线所接收，反射电磁波经过一系列的处理和分析之后可以得到探测介质的有关信息。地质雷达对含水体及溶洞响应敏感，数据采集机动灵活，用时少，不需要其他辅助工序，但对作业环境要求苛刻，易受隧道内复杂环境的影响导致解译效果不理想。地质雷达的预报距离较短，一般为15～30m。
二、综合超前地质预报方法
工程中对各种地质预报方法应用与实践后发现，单一的预报方法无法对掌子面前方围岩做出准确全面的预报。为克服地质探测结果的多解性，提高预报的精确度，提出了结合工程实际情况以地质分析为核心，综合物探与地质分析结合，长短预测结合的综合超前地质预报。将各种预报方法结合其适应性对其优化组合，在保证精确预报、确保安全的情况下尽可能少的进行预报作业，降低对施工的干扰，达到隧道施工安全、经济、高效的目的。
在综合预报原则的指导下，首先对工程所在区域的地质情况进行详细研究，整体把握施工过程中的不良地质体的类型和大概位置，确定需要使用的预报方法，并对具体里程地质预报方法组合进行粗略设计。掌子面地质素描适合施工的全过程，物探手段结合地质分析法进行，采用长距离的地震波发射法对掌子面前方断层破碎带等其他不良地质段进行预报，在开挖至岩性变差段时，进行短距离的物探手段对不良地质体加强探测，并及时跟进掌子面地质素描，对短距离物探不明确处进行超前水平钻探直接揭露地质情况。
三、综合超前地质预报对不良地质体预报实例
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（一）工程地质
新建兴泉铁路南屏山隧道为越岭隧道，隧道地处福建省三明市大田县，属构造侵蚀剥蚀中低山地貌区，地面高程500m-880m，地势起伏较大，相对高程50m-380m，全长5214m。隧道范围内地质构造复杂，主要地质构造为断层和推测向斜。隧道范围内地表水发育，主要为溪水、沟槽水，水量受季节影响显著。隧址区不良地质主要为瓦斯有害气体、采空区、岩溶、软弱夹层、顺层偏压、危岩落石，特殊岩土为软土。
（二）地震波反射法（TGP206）选定重点区段
南屏山隧道出口掌子面开挖至DK306+131，现场开挖揭露掌子面围岩为弱风化砂岩夹页岩，岩石青灰色，岩质较硬，裂隙微发育，围岩完整性较好，无地下水，围岩级别为Ⅲ级。采用TGP206对前方120m范围进行预报，解译结果表明中间段DK306+085-DK306+048段围岩特性变差，根据地质分析资料推断围岩为弱风化砂岩夹炭质页岩，纵横波呈现阶梯性下降；纵横波绕射波呈冷暖交替变化，以冷色为主。推断：隧道围岩较破碎、强风化，岩体节理裂隙发育，地下裂隙水发育。物探结果显示该段拱顶上方存在软弱夹层破碎带，建议按照Ⅳ级围岩施工。
（三）地质雷达加强探测
掌子面开挖至DK306+082处围岩变差，裂隙增多，掌子面局部渗水，采用地质雷达对前方30m范围加强探测，探测结果：深度0-5m范围信号反射较弱，推测该部分围岩岩体较均匀，围岩较为破碎，节理裂隙较为发育，含水较为丰富。深度5-15m范围内局部回波信号较强，同相轴连续性不强，掌子面左侧部位回波信号较弱，推测该位置围岩节理裂隙发育，含水较多，主要为裂隙水。深度15-30m范围回波信号较弱，信号较均匀，推测该段区域围岩性质较均匀，节理裂隙较为发育，较为破碎，含有一定量的地下水。
（四）工程实际地质揭露
物探结果不良地段在开挖前采用超前水钻探进行验證，同时对围岩性质和地下水粗略定量，物探结果掌子面左侧和拱顶部位围岩较差，因此超前钻孔布置于掌子面左上方，钻进深度30m，用时2小时34分钟，钻进速度较快，钻进中有水，无异常突进，冲洗液为灰黑色。该段开挖揭露围岩为强风化砂岩夹炭质页岩，围岩破碎，地下水发育，局部涌水。
四、结语
本文结合具体的工程实例对综合超前地质预报的实现过程进行了详细说明，开挖结果对综合超前地质预报的准确性进行了有力的验证。综合超前地质预报方法是结合具体工程地质对目前各类预报手段的优化组合，组合方式是多样化的，通过合理的组合克服单一预报方法的弊端，提高预报精确度，实现安全、经济、高效的预测目的。
参考文献：
[1]李术才，刘斌，孙怀凤，等.隧道施工超前地质预报研究现状及发展趋势[J].岩石力学与工程学报，2014，33（06）：1090-1113.
[2]李天斌，孟陆波，朱劲，等.隧道超前地质预报综合分析方法[J].岩石力学与工程学报，2009，28（12）：2429-2436.
[3]王利伟，徐永明.综合超前地质预报在隧道施工中的应用探讨[J].铁道标准设计，2014，58（S1）：164-167.
