中交路橋科技是從事工程檢測(cè)監(jiān)測(cè)、城市安全監(jiān)測(cè)預(yù)警與評(píng)價(jià)、數(shù)字智能化研發(fā)為一體的復(fù)合型高新技術(shù)集團(tuán)企業(yè)。
1隧道超前地質(zhì)預(yù)捍的理論
1.1隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的定義
近年來，我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，高速鐵路、高速公路、城市軌道交通等工程大規(guī)模建設(shè)，長(zhǎng)大隧道數(shù)量也越來越多，隧道施工進(jìn)度經(jīng)常成為控制整個(gè)工程進(jìn)展的瓶頸。
隧道快速掘進(jìn)的主要難題是了解掌子面前方的地質(zhì)情況和巖石力學(xué)參數(shù)，其中隧道軸線的地質(zhì)界面可能會(huì)在施工掘進(jìn)中發(fā)生嚴(yán)重的問題，如塌方、突泥、突涌水等災(zāi)害，尤其是當(dāng)這些災(zāi)害交叉發(fā)生時(shí)，問題會(huì)更加嚴(yán)重。隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)就是解決這個(gè)難題行之有效的方法。
隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)(geological orediction/prospecting)是通過物探、鉆探或?qū)Э?，并配合地質(zhì)測(cè)繪或地質(zhì)調(diào)查等手段探獲的資料，對(duì)整個(gè)隧道、隧道的某個(gè)段落、隧道的某個(gè)部位及其前方一定范圍內(nèi)的下稈地賈磐征、結(jié)構(gòu)特征和穿整狀態(tài)、圍巖級(jí)別及隧道開栘后的穩(wěn)帝艙杰講行預(yù)測(cè)，并提出隧道前方的開挖和支護(hù)建議的報(bào)告。
1.2隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的主要內(nèi)容
隧道掌子面前方可能存在影響施工人員安全、施工進(jìn)度（工期）、工程結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的不良地質(zhì)體（帶），采用各種隧道超前地睛預(yù)報(bào)青法對(duì)其位置、規(guī)模、性質(zhì)及其成災(zāi)可能性進(jìn)行科學(xué)預(yù)測(cè)、并提出確切可行的施工對(duì)策，以確保工程施工的安全。
預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)的主要內(nèi)容：
(1)斷層及其影響帶和節(jié)理密集帶的位置、規(guī)模和性質(zhì)。
(2)軟弱夾層（含煤層）的位置、規(guī)模及其性質(zhì)。
(3)巖溶發(fā)育位置、規(guī)模及其性質(zhì)。
(4)有害氣體含量、成分及動(dòng)態(tài)變化。
(5)膨脹巖的膨脹力、膨脹量及主要礦物成分。
(6)工程地質(zhì)密寚可能發(fā)生的位置和規(guī)模。
(7)隧道圍巖級(jí)別變化及其分界位置。
(8)不同風(fēng)化程度的分界位置。
(9)不良地質(zhì)體（帶）的成災(zāi)可能性。
(10)隧道涌水位置、水壓及水量。
1.3隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方法的分類
隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方法分類有多種，如按預(yù)報(bào)方法手段、預(yù)報(bào)空間位置、預(yù)報(bào)距離等進(jìn)行分類。
(1)按預(yù)報(bào)方法手段分類。按預(yù)報(bào)方法手段可分為地質(zhì)分析預(yù)報(bào)法、地球物理探測(cè)法以及超前水平鉆探法。其中，地質(zhì)分析預(yù)報(bào)法包括地面地質(zhì)調(diào)查、掌子面地質(zhì)調(diào)查等；地球物理探測(cè)法包括高密度電法、tsp 地震反射波法、地質(zhì)雷達(dá)法等；超前水平鉆探法包括鉆速測(cè)試法、超前導(dǎo)坑法以及水平鉆機(jī)超前探測(cè)法。
(2)按預(yù)報(bào)空間位置分類。按預(yù)報(bào)空間位置可分為洞外與洞內(nèi)預(yù)報(bào)。其中，洞外預(yù)報(bào)包括地面地質(zhì)調(diào)查和高密度電法等；洞內(nèi)預(yù)報(bào)包括掌子面地質(zhì)調(diào)查、tsp探測(cè)、地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)、超前水平鉆探等。
(3)按預(yù)報(bào)距離分類。按預(yù)報(bào)距離可分為長(zhǎng)距離預(yù)報(bào)、中距離預(yù)報(bào)與短距離預(yù)報(bào)。其中長(zhǎng)距離預(yù)報(bào)包括地面地質(zhì)調(diào)查、高密度電法等；中距離預(yù)報(bào)為tsp地震反射波法等；短距離預(yù)報(bào)包括掌子面地質(zhì)調(diào)查、地質(zhì)雷達(dá)法、紅外探測(cè)法、超前鉆探法等。
1.4隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)
隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)包括隧道所在地區(qū)不良地質(zhì)宏觀超前預(yù)報(bào)、隧道洞體內(nèi)不良地質(zhì)體的超前預(yù)報(bào)、隧道洞體內(nèi)超前鉆探和臨近警報(bào)四部分內(nèi)容或四個(gè)步驟。
1.5隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的特點(diǎn)
由于隧道施工期地質(zhì)預(yù)報(bào)是在隧道施工階段采用各種方法、手段對(duì)隧道施工掌子面前方業(yè)已存在的但未知的地質(zhì)條件做出科學(xué)的正確判斷。因此，隧道施工期地質(zhì)預(yù)報(bào)具有較強(qiáng)的綜合性、系統(tǒng)性、未知性、實(shí)用性（指導(dǎo)性）和客觀性。
隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的特點(diǎn)決定了要做好隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，需要采用多學(xué)科的知識(shí)和各種各樣的手段和方法，需要不同專業(yè)人員的配合。
2隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的常用方法
隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的方法比較多，本章主要介紹當(dāng)下隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)常用的三大類，一是地質(zhì)分析預(yù)報(bào)法，二是地球物理勘探法，三是超前鉆探法。
2.1地質(zhì)分析預(yù)報(bào)法
地質(zhì)分析預(yù)報(bào)法是隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)采用的一種基本方法。在隧道施工階段主要根據(jù)隧道施工期掌子面地質(zhì)條件，如巖體結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀及其發(fā)育狀況、巖體破碎程度、巖石的變質(zhì)程度等的變化特征，結(jié)合地面地質(zhì)調(diào)查結(jié)果，采用相關(guān)分析（包括結(jié)構(gòu)面統(tǒng)計(jì)分析、構(gòu)造相關(guān)分析等）進(jìn)行超前預(yù)報(bào)。主要預(yù)報(bào)隧道掌子面前方存在的斷層、不同巖類問的接觸界面特別是巖漿巖與沉積巖間的接觸界皮壞形式等。地質(zhì)分析預(yù)報(bào)法是隧道施工期間隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)早開展的，也是任何其他隧道施工超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方法的基礎(chǔ)。
2.2地球物理探測(cè)法
地球物理勘探，簡(jiǎn)稱物探，是以地下巖體的物理性質(zhì)的差異為基礎(chǔ)，通過探測(cè)地表或地下地球物理場(chǎng)，分析其變化規(guī)律，來確定被探測(cè)地質(zhì)體在地下賦存的空間范圍（大小、埋深、形狀等）和物理性質(zhì)，達(dá)到解決水文、工程、環(huán)境問題為目的的一類探測(cè)方法。
地球物理探測(cè)法就是在隧道內(nèi)采用地球物理勘探方法對(duì)隧道施工掌子面及周圍臨近區(qū)域進(jìn)行探測(cè)，根據(jù)圍巖與不良地質(zhì)體的物理特性差異查明不良地質(zhì)體的性質(zhì)、位置及規(guī)模。目前，隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的地球物理探測(cè)法主要有高密度電、探地雷達(dá)法、隧道地震預(yù)報(bào)法、紅外探測(cè)法和beam( bore-tunnenng elec-trical ahead monitoring)法等。
2.3超前鉆探預(yù)報(bào)法
超前鉆探預(yù)報(bào)法是指在隧道開挖面上，利用水平鉆機(jī)對(duì)前方圍巖進(jìn)行鉆進(jìn)，采取嘗芯（或者不采取巖芯），根據(jù)鉆進(jìn)的時(shí)間和進(jìn)尺、巖芯（或巖屑）、鉆孔回水情況等來預(yù)測(cè)掌子面前方的圍巖的位置和性質(zhì)。它與地球物理方法相比是一種直接的方法，能夠直觀地確定開挖面前方的圍巖情況。這種方法簡(jiǎn)單可行，快速實(shí)用，但對(duì)施工干擾較大，適用于探測(cè)前方突泥、突水、斷層等地質(zhì)災(zāi)害。
