隧道是交通基礎設施的重要組成，尤其在山區(qū)、城市等地形復雜區(qū)域，其建設至關重要。隧道工程施工過程中，因受地質作用與人為工程活動的影響，會引發(fā)多種地質災害，嚴重威脅人民的生命及財產安全。其災害的成因涉及巖溶發(fā)育、斷層破碎帶、地下水活動等地質條件，常導致塌方、涌水、區(qū)域斷裂帶等次生災害。隧道超前地質預報是指利用鉆探和現代物探等，力圖在施工前掌握前方的巖土體結構、性質、狀態(tài)，以及地下水、不良地質體、地應力、瓦斯等地質信息的賦存情況，保障施工安全。
1、TST技術原理
TST是一種地震法超前探測技術，通過對地震反射波走時的測量來確定圍巖的波速與反射面位置的，不但能預報巖性與構造等大型地質界面，也不會漏掉巖溶、孤石等孤立地質異常體。TST主要理應地震波的散射原理，和地震波的反射理論相比，散射理論具有普遍性，反射理論僅是散射面無窮大時的一種特殊情況，因此，散射理論具有更高的分辨率。散射理論遵從波動方程，當地震波通到巖性變化、地質構造等波阻抗變化界面時發(fā)生散射，散射波返回到接收點時被記錄下來。地震波的散射發(fā)生在介質波阻抗分布不均的部位，假定用 α(r)表示均勻介質中局部平方波速的百分比異常，百分比異常的分布表征了地質結構的主要特征。則介質中的波動方程可表為：
其中U為總的地震波場。同時，反射與散射理論對于地震記錄的理解是截然不同的。散射理論中散射波是巖著一定的方向分布，覆蓋范圍及反射回波在很廣的范圍內都可以收到，不會漏掉斜交構造和復雜孤立地質體，預報精度高于反射理論。
TST技術以隧道三維波場特征為基礎，從地震觀測方案、三維波場分離、圍巖波速分析、散射原理、逆散射偏移成像等方面對掌子面前方的回波進行剝離，剔除其余方向的干擾波，保留有效回波，提高了掌子面前方不良地質構造、不良地質體的地質災害預報的精度。
2、工程應用
工程始于客源隧道，位于黑龍江省佳木斯市樺南縣境內，一共穿越34條，中交路橋科技有限公司承擔6條隧道超前地質預報，共8647米。
掌子面圍巖為混合花崗巖，強風化，節(jié)理裂隙較發(fā)育。圍巖穩(wěn)定性一般，呈碎石狀結構，無聚集水，可能裂隙水。
共進行超前預報23次，針對不良地質發(fā)育情況，共預測31個不良地質發(fā)育段，針對不同的不良地質發(fā)育特征、圍巖級別及自穩(wěn)能力，提出了增加施工監(jiān)控量測的頻率、調整施工強度減少圍巖擾動、加強超前支護、注意圍巖掉塊及局部坍塌防護、觀察滲水并及時做好防護等多天建議措施，有力的保障的隧道施工安全，并為隧道襯砌設計施工提供了科學依據。
3、中交路橋科技技術能力
中交路橋科技有限公司是專業(yè)從事工程檢測監(jiān)測、城市安全監(jiān)測預警與評價、數字智能化研發(fā)為一體的復合型高新技術集團企業(yè)。技術人員涉及鐵道工程、城市道路與公路、橋梁工程、隧道工程、建筑工程、水利工程、工程物探、安全技術、電力、信號、集成電路、智能科學等專業(yè)。
中交路橋科技在隧道超前地質預報方面具有較強的理論基礎及工程經驗，已經完成近百座隧道工程的超前預報，針對隧道施工前方不良地質、斷層及其破碎帶、隧道水文地質、溶洞發(fā)育特征、圍巖類別及其穩(wěn)定性等實行多技術融合預報，為隧道施工提供科學依據，保障隧道工程的施工安全。
