隧道超前地质预报 (4)

应用，均取得了较好的应用效果。由于探测时需要占用掌子面的工作时间，故在掌子面上测试时需要停机进行，因而TBM法施工的隧洞中应用时需作特殊研究解决。

5.3.3 红外探水法

由于所有物体都发射出不可见的红外线能量，该能量大小与物体的发射率成正比。而发射率的大小取决于物体的物质和它的表面状况。当掌子面前方及周边介质单一时，所测得的红外场为正常场，当存在隐伏含水构造或有水时，他们所产生的场强要叠加到正常场上，从而使正常场产生畸变。据此判断掌子面前方一定范围内有无含水构造。

现场测试有两种方法：一是在掌子面上，分上、中、下及左、中、右六条测线的交点测取9个数据，根据这9个数据之间的最大差值来判断是否有水；二是在已挖洞段按左边墙、拱部、右边墙的顺序进行测试，每5m或3m测取一组数据，共测取50m或30m，并绘制相应的红外辐射曲线，根据曲线的趋势判断前方有无含水。

掌子面上9个数据的最大差值大于10μw/cm2，就可以判定有水；红外辐射曲线上升或下降均可以判定有水，其他情况判定无水。红外探测的特点是可以实现对隧洞全空间、全方位的探测，仪器操作简单，能预测到隧洞外围空间及掘进前方30m范围内是否存在隐伏水体或含水构造，而且可利用施工间歇期测试，基本不占用施工时间。但这种方法只能确定有无水，至于水量大小、赋水形态、具体位置没有定量解释。

5.3.4 BEAM法

BEAM(Bore-Tunneling Electrical Ahead Monitoring)，这是当前国际上唯一的一种电法超前预报方法，是由德国GEOHYDRAULIC DATA公司推出的产品。它是一种聚焦电流频率域的激发极化方法，其最大特点是通过外围的环状电极发射一个屏障电流和在内部发射一个测量电流，以便电流聚焦进入要探测的岩体中，通过得到一个与岩体中孔隙有关的电能储存能力的参数PFE(Percentage frequency effect)的变化，预报前方岩体的完整性和含水性；它的另一个特点是所有的装置都安装在盾构挖掘机的刀头(测量电极)和外侧钢环(屏蔽电流)上，也可装在钻爆法施工钻头的前方(测量电极)及两侧钢架(屏蔽电流)上，随着隧洞掘进，连续不断获得成果，并适时处理得出掌子面前方的PFE曲线。由此预报前方岩体的性状及含水情况。这种仪器在欧洲许多国家都已得到应用，但在我国尚未引进。

5.4.地质物探综合分析法

要推动隧洞超前预报水平，提高预报准确度，就必须将地质调查方法与多种物探方法有机结合起来，对地质物探资料进行系统处理和综合分析。其工作方法和主要内容为：

⑴ 收集、熟悉地质资料：了解工程区内宏观的地质环境、大型构造形迹的发育分布规律以及工程围岩所处的具体构造部位、岩体的结构特征、节理裂隙发育程度、岩体完整性、岩石(体)强度、地下水状态等；掌握全隧洞的地质背景，指出存在的不良地质问题和地段，还要知道各段围岩的稳定程度、可能发生地质灾害的位置、规模、性

质和防治措施，目的在于保证隧洞施工设计、施工方法和措施能顺应地质情况的变化适时做出调整和修改。

⑵ 施工地质编录：对已开挖洞段地质状态作详细真实的描述，可作为超前预报的依据，该内容包括岩性、岩石坚硬程度及完整情况、断层及破碎带、节理裂隙、地下水状态、不良地质现象等作编录。

⑶ 围岩特性测试：根据工程需要，对岩石物理力学特性进行补充测试，如岩石点荷载强度、岩石回弹值、岩体弹性模量、软弱面剪切强度等，有时还应进行初始地应力和二次应力场的测试等。上述数据是预报围岩稳定性的重要参数。

⑷ 地球物理探测：根据岩体不同物理性质量测一定距离以内的物理力学参数的变化，据此判断出隧洞工作面前方的地质情况。采用多种物探仪器进行超前探测，常用的物探方法有地震反射、声波反射、地质雷达、TSP203隧道超前地质预报系统等技术。

⑸ 地质物探综合分析：组成以地质工程师为主物探及相关工程技术人员的施工地质组，对上述地质和物理探测资料进行整理和综合分析，最后做出施工面前方不良地质问题的预测预报。

6结语

以上较为详细的介绍了当前我国隧洞施工超前预报的现状及其探测技术。笔者认为：实施超前预报应首先收集和熟悉已有资料，提出预报探测的计划和重点；然后配合施工进程，开展地表补充调查和洞内地质素描，以施工地质调查资料为依据，演绎隧洞内需要超前探测段的地质理想模型；接着选择一种以上对施工干扰少、探测时间短

的有望达到预报目标的物探技术，开展室内和现场实测；最后组成地质、物探及相关工程专业人员的分析组，对地质和物探资料进行系统处理和综合分析，提出预报意见。

为提高超前预报精度，有必要对现有技术方法进行改进，尤其是观测方法应全方位进行，以获得三维空间围岩性态，提高定位精度。资料处理应建立不同地质界面的特征识别模式，提高判别准确性。

目前国内正在进行大规模的水利水电、铁路和公路工程建设，需要修建大量的隧洞和洞室，而投入合理的超前预报技术将在减少和消除地下工程的灾害发挥巨大作用。

由于隧洞工程超前预报工作目前尚有许多不成熟之处，因此需在实践过程中不断总结和提高。

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