隧道超前地質(zhì)預報(課件)

隧道超前地質(zhì)預報技術(shù)第1部分

隧道超前地質(zhì)預報的定義、目的及工作內(nèi)容1.1隧道地質(zhì)超前預報定義隧道地質(zhì)超前預報廣義：狹義：工程可行性階段、勘察設(shè)計階段和施工階段的預報。隧道施工期的超前地質(zhì)預報

根據(jù)隧道開挖揭示的洞身圍巖條件的變化趨勢和采用各種地球物理探測手段對隧道施工掌子面前方地質(zhì)情況的探測結(jié)果，結(jié)合洞內(nèi)外地質(zhì)調(diào)查、掌子面素描結(jié)果和預報人員地質(zhì)經(jīng)驗，對隧道前方可能遇到的不良地質(zhì)體及由此可能引發(fā)的地質(zhì)災害的性質(zhì)、分布位置、規(guī)模的預測。隧道施工期超前地質(zhì)預報的定義：1.2隧道地質(zhì)超前預報的目的隧道地質(zhì)超前預報的目的（1）

進一步查清隧道掌子面前方的工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件，指導工程施工的順利進行；（2）降低地質(zhì)災害發(fā)生的機率和危害程度；（3）為優(yōu)化工程設(shè)計提供地質(zhì)依據(jù)；（4）為編制竣工文件提供地質(zhì)資料。1.3隧道地質(zhì)超前預報服務(wù)的重點對象深埋長大隧道地質(zhì)復雜隧道水下隧道可能存在大斷層、巖溶、大量涌水涌泥、巖爆、瓦斯突出等工程地質(zhì)災害的隧道覆蓋層太厚、植被良好不易進行地質(zhì)調(diào)查和勘探的隧道可能因開挖造成環(huán)境生態(tài)破壞的隧道

由于可行性研究階段和勘察階段投入的限制，依據(jù)既有地質(zhì)資料和有限的鉆孔地質(zhì)資料、水文地質(zhì)資料、物探資料及鉆孔巖石巖心物理力學試驗資料做出的施工設(shè)計與實際不符的情況經(jīng)常出現(xiàn)，隧道地質(zhì)超前預報在下列情況下顯得尤為重要：1.3隧道地質(zhì)超前預報服務(wù)的重點對象深埋長大隧道地質(zhì)復雜隧道水下隧道可能存在大斷層、巖溶、大量涌水涌泥、巖爆、瓦斯突出等工程地質(zhì)災害的隧道覆蓋層太厚、植被良好不易進行地質(zhì)調(diào)查和勘探的隧道可能因開挖造成環(huán)境生態(tài)破壞的隧道

由于可行性研究階段和勘察階段投入的限制，依據(jù)既有地質(zhì)資料和有限的鉆孔地質(zhì)資料、水文地質(zhì)資料、物探資料及鉆孔巖石巖心物理力學試驗資料做出的施工設(shè)計與實際不符的情況經(jīng)常出現(xiàn)，隧道地質(zhì)超前預報在下列情況下顯得尤為重要：地勘預測地質(zhì)剖面實測地質(zhì)剖面地勘預測地質(zhì)剖面地勘預測地質(zhì)剖面實測地質(zhì)剖面實測地質(zhì)剖面1.4隧道地質(zhì)超前預報的工作內(nèi)容隧道地質(zhì)超前預報的主要內(nèi)容包括：斷層及其影響帶和節(jié)理密集帶的位置、規(guī)模和性質(zhì)軟弱夾層（含煤層）的位置、規(guī)模及其性質(zhì)巖溶發(fā)育位置、規(guī)模及其性質(zhì)不同巖類間接觸界面的位置工程地質(zhì)災害可能發(fā)生的位置及規(guī)模隧道圍巖級別變化及其分界位置不同風化程度的分界位置不良地質(zhì)體（帶）成災的可能性隧道涌水的位置、水壓及水量隧道圍巖級別的變化及分布第2部分

隧道超前地質(zhì)預報發(fā)展的歷史和現(xiàn)狀2.1隧道超前地質(zhì)預報的發(fā)展歷史五、六十年代，在修筑成昆鐵路期間在隧道施工中首次開始采用以地質(zhì)法為主的地質(zhì)超前預報工作。八十年代以來，隧道施工超前地質(zhì)預報技術(shù)得到了長足的發(fā)展，地質(zhì)條件復雜及當時具有里程碑地位的衡廣復線大瑤山隧道、大秦鐵路軍都山隧道、秦嶺特長隧道皆開展了部分超前地質(zhì)預報工作。二十一世紀以來，由于鐵道部、交通部、水利部的等國家相關(guān)部門的重視，在全國主要新建鐵路、高速公路、引水工程的隧道施工中，普遍開展了以物探（TSP、地質(zhì)雷達、紅外探水等）與地質(zhì)調(diào)查（地質(zhì)素描、超前鉆探等）相結(jié)合的綜合地質(zhì)預報工作。2008年，鐵道部制定了國內(nèi)第一部關(guān)于超前地質(zhì)預報的技術(shù)標準—《鐵路隧道超前地質(zhì)預報技術(shù)指南》，鐵建設(shè)〔2010〕120號文中也明確提出隧道地質(zhì)預報工作的重要性和責任劃分。2.2隧道超前地質(zhì)預報現(xiàn)狀的不足（1）施工地質(zhì)工作重視度不夠國內(nèi)絕大多數(shù)鐵路、公路隧道施工單位沒有自己的施工地質(zhì)隊伍，設(shè)計院駐點地質(zhì)人員也基本不承擔具體的施工地質(zhì)工作。不少工程均在盲目施工、“靠僥幸”施工和“地質(zhì)科盲”施工狀態(tài)。出現(xiàn)上述情況的原因很多，但歸根到底，仍是管理體制問題。施工出現(xiàn)地質(zhì)災害后，可以爭取更多的投資，存在“不塌方不賺錢、少塌方少賺錢、多塌方賺大錢”等怪現(xiàn)象（只要不耽誤工期、不傷（亡）人、就不怕塌方等地質(zhì)災害）；對地質(zhì)災害的發(fā)生常常不認真追究主管原因、技術(shù)責任，甚至反而以地質(zhì)災害發(fā)生的多少來評價工程的難易程度，并且對于那些重視施工質(zhì)量（包括重視超前地質(zhì)預報工作）避免或減少災害發(fā)生的工程反而被單一地認為是地質(zhì)條件好。2.2隧道超前地質(zhì)預報現(xiàn)狀的不足（2）超前地質(zhì)預報技術(shù)有待改進、預報隊伍技術(shù)水平參差不齊高水平、高質(zhì)量、準確的超前地質(zhì)預報，對隧道施工具有重大意義。但現(xiàn)今由于地質(zhì)預報理論和技術(shù)的深入研究相對滯后，特別是預報隊伍水平不高，使得很多隧道預報效果不夠理想，不能滿足施工單位要求。2.3隧道超前地質(zhì)預報發(fā)展方向（1）儀器探測與地質(zhì)分析緊密結(jié)合，提高探測和解析的精準度，這是超前地質(zhì)預報發(fā)展最根本的要求。（2）進一步提高物探的有效預報解譯距離，（TSP的設(shè)備探測距離可達到300~500m，但有效解譯距離僅100~150m）；提高儀器設(shè)備抗干擾能力及縮短現(xiàn)場作業(yè)時間，是超前地質(zhì)預報發(fā)展的重要努力方向。（3）研發(fā)超前地質(zhì)預報信息化管理系統(tǒng)，搭建預報信息采集、分析、報告、預警等一體化平臺，是超前地質(zhì)預報工作發(fā)展的必然一步，是未來工程信息化建設(shè)的重要組成部分。第3部分

隧道超前地質(zhì)預報主要方法3.1隧道超前地質(zhì)預報方法分類（1）地質(zhì)調(diào)查法：包括隧道地表補充地質(zhì)調(diào)查、洞內(nèi)開挖工作面地質(zhì)素描和洞身地質(zhì)素描、地層分界線及構(gòu)造線的地下和地表相關(guān)性分析、地質(zhì)作圖等。（2）超前鉆探法：包括超前地質(zhì)鉆探、加深炮孔探測及孔內(nèi)攝影。（3）物探法：包括彈性波反射法（地震波反射法、水平聲波剖面法、負視速度法和陸地聲納法等）、電磁波反射法（地質(zhì)雷達探測）、紅外探測、高分辨直流電法等。（4）超前導坑預報法：包括平行超前導坑法、正洞超前導坑法等。3.1.1按預報手段原理的不同分為：3.1隧道超前地質(zhì)預報方法分類（1）長距離預報：預報長度100m以上?？刹捎玫刭|(zhì)調(diào)查法、地震波反射法（TSP）及100m以上的超前鉆探等。（2）中長距離預報：預報長度30～100m?？刹捎玫刭|(zhì)調(diào)查法、彈性波反射法及30～100m的超前鉆探等。（3）短距離預報：預報長度30m以內(nèi)。可采用地質(zhì)調(diào)查法、彈性波反射法、電磁波反射法（地質(zhì)雷達）、瞬變電磁、紅外探測及小于30m的超前鉆探等。

3.1.2按超前地質(zhì)預報長度的不同分為:3.2隧道超前地質(zhì)預報主要方法利用地質(zhì)理論和作圖法，將隧道所揭露的地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀、地下水出露點位置及出水狀態(tài)、出水量、煤層、溶洞等準確記錄下來并繪制成圖表，結(jié)合已有勘測資料，進行隧道開挖面前方地質(zhì)條件的預測預報。3.2.1地質(zhì)素描法-原理3.2隧道超前地質(zhì)預報主要方法3.2.1地質(zhì)素描法項目名稱——時間——里程ZK190+508設(shè)計斷面尺寸寬×高：13.27m×8.72m地層巖性安山巖、碳質(zhì)泥巖圍巖堅硬程度較軟巖、軟巖風化程度強風化穩(wěn)定狀態(tài)整體穩(wěn)定性差巖體完整性碎塊狀結(jié)構(gòu)、松散狀結(jié)構(gòu)不良地質(zhì)碳質(zhì)層圍巖設(shè)計等級Ⅲ級建議圍巖等級Ⅴ級地質(zhì)描述及掌子面照片3.2隧道超前地質(zhì)預報主要方法3.2.1地質(zhì)素描法3.2隧道超前地質(zhì)預報主要方法缺點：對與隧道交角較大而又向前傾的結(jié)構(gòu)面容易產(chǎn)生漏報，對操作人員地質(zhì)知識水平要求較高，一般要求地質(zhì)專業(yè)人員來完成。優(yōu)點：該方法設(shè)備簡單(地質(zhì)羅盤）、操作方便、不占用隧道施工時間，提交資料及時，且能為整座隧道提供完整的地質(zhì)資料，費用低。3.2.1地質(zhì)素描法-優(yōu)缺點3.2隧道超前地質(zhì)預報主要方法3.2.2地層分界線及構(gòu)造線地下和地表相關(guān)性分析法用已開挖隧道段地層分界線及構(gòu)造線在地表的反映預報尚未開挖段隧道地質(zhì)條件，預報距離長，施工有充分準備時間，不干擾施工，工作可由專業(yè)地質(zhì)人員完成。（層序、層厚、標志層）3.2.3地質(zhì)投影作圖法利用地表觀測到的斷層、巖脈等產(chǎn)狀，投影作圖給出該斷層、巖脈在洞軸上出現(xiàn)的位置。3.2隧道超前地質(zhì)預報主要方法3.2.4超前地質(zhì)鉆探-原理通過鉆速測試、巖芯采取率統(tǒng)計、鉆孔巖芯鑒定等來確定掌子面前方地層的展布、巖石的軟硬程度、巖體完整性、可能存在的斷層、空洞的分布位置，從而進行地質(zhì)超前預報。3.2隧道超前地質(zhì)預報主要方法3.2.4超前地質(zhì)鉆探—分類

長距離（80~100m）

中距離（40~60m）

短距離（15~30m）

超短距離（6m）按鉆探距離劃分按取芯劃分

取芯（一般15m以上鉆探）

非取芯鉆探3.2隧道超前地質(zhì)預報主要方法3.2.4超前地質(zhì)鉆探—鉆孔布置超前鉆探的布孔數(shù)量，視不良地質(zhì)的性質(zhì)和可能發(fā)生施工地質(zhì)災害的嚴重程度來決定。對于較大的斷層破碎帶，一般可布置1~3孔；對于溶洞、暗河或巖溶淤泥帶等可能涌突水區(qū)域，則以布置4~5孔為宜。布孔的位置，則可依據(jù)物探、地質(zhì)分析的結(jié)論來確定。3.2隧道超前地質(zhì)預報主要方法3.2.4超前地質(zhì)鉆探-預報流程及依據(jù)3.2隧道超前地質(zhì)預報主要方法3.2.4超前地質(zhì)鉆探-預報流程及依據(jù)鉆速高：軟質(zhì)巖低：硬質(zhì)巖卡鉆：節(jié)理裂隙發(fā)育或斷層破碎帶急劇加快：空洞巖芯采取率低：節(jié)理、裂隙發(fā)育，巖石完整系數(shù)低高：節(jié)理、裂隙不發(fā)育，巖石完整系數(shù)高3.2隧道超前地質(zhì)預報主要方法3.2.4超前地質(zhì)鉆探鉆探芯樣溶洞填充物探孔測水壓3.2隧道超前地質(zhì)預報主要方法3.2.4超前地質(zhì)鉆探-優(yōu)缺點優(yōu)點：①可比較直觀地告訴我們鉆孔所經(jīng)過部位的地層巖性、巖體完整程度、裂隙度、溶洞大小、有沒有水以及可測水壓高低等。②煤系地層可進行孔內(nèi)煤與瓦斯參數(shù)測定，采取適宜防治措施，防治煤與瓦斯突出危險性。（《鐵路瓦斯隧道技術(shù)規(guī)范》(TB10120—2002））③與物探方法相比，它具有直觀性、客觀性，不存在物探手段經(jīng)常發(fā)生的多解性、不確定性。缺點：費用高、占用隧道施工時間長，且只是一孔之見，遇軟弱巖層取芯困難，對巖溶隧道布孔位置帶有偶然性。3.2隧道超前地質(zhì)預報主要方法3.2.5地震波反射法（TSP）-原理TSP超前地質(zhì)預報系統(tǒng)是利用地震波在不均勻地質(zhì)體中產(chǎn)生的反射波特性來預報隧道掘進面前方及周圍臨近區(qū)域地質(zhì)狀況的。在掌子面后方邊墻上布置一排爆破點，依次進行微弱爆破，產(chǎn)生的地震波信號在隧道周圍巖體內(nèi)傳播，當巖石強度發(fā)生變化時，比如有斷層或巖層變化，信號的一部分被返回。界面兩側(cè)巖石的強度差別越大，反射回來的信號也就越強。返回的信號被經(jīng)過特殊設(shè)計的接收器接收轉(zhuǎn)化成電信號并進行放大。根據(jù)信號返回的時間和方向，通過專用數(shù)據(jù)處理軟件處理就可以得到巖體強度變化界面的位置及方位。3.2隧道超前地質(zhì)預報主要方法3.2.5地震波反射法（TSP）-實施方法現(xiàn)場實施時先在隧道左側(cè)或者右側(cè)布置18～24個爆破點，各爆破點孔深1.5m，間距1.5m，成直線排列，作為爆破震動聲源，并在爆破點以外距離20m處布設(shè)接收炮孔，接收孔深2.0m，與爆破孔成一條直線，接收孔可在隧道一側(cè)或雙側(cè)進行設(shè)置。爆破孔及接收孔布置好后，在爆破孔內(nèi)安放雷管進行爆破以激發(fā)震動聲源，在接收孔內(nèi)安放接收器以采集巖體內(nèi)的震動波傳播情況，整個數(shù)據(jù)采集過程均由專業(yè)軟件進行。3.2隧道超前地質(zhì)預報主要方法3.2.5地震波反射法（TSP）TSP203TSP超前地質(zhì)預報3.2隧道超前地質(zhì)預報主要方法3.2.5地震波反射法（TSP203）-成果解譯基本思路應(yīng)用三波（P、SH、SV）速度參數(shù)、三波能量參數(shù)及其坡面圖進行分析，參考物理力學參數(shù)分析圖進行修正。

①利用P波速度對圍巖破碎的敏感性，預報構(gòu)造破碎帶：圍巖破碎P波速度下降，P波能量深度偏移圖/反射層能量圖中的紅色條帶，代表正反射能量，顯示圍巖相對完整、堅硬。藍色條帶，代表負發(fā)射能量，顯示圍巖相對破碎、軟弱

②利用SH波、SV波速度對充水地質(zhì)體的敏感性，預報充水地質(zhì)體：橫波在充水地質(zhì)體中速度下降劇烈，SH、SV波能量深度偏移圖/反射層能量圖中的紅色條帶，代表正反射能量，顯示圍巖相對完整、少水~無水。而藍色線條，代表負發(fā)射能量，顯示圍巖相對破碎、多水~富水。③利用P波速度劃分圍巖級別（參照速度分布圖及已開挖段P波速度）3.2隧道超前地質(zhì)預報主要方法3.2.5地震波反射法（TSP203）-成果解譯技術(shù)流程第1步：左右壁P波、SH、SV波速度分析圖的應(yīng)用在地質(zhì)分析的基礎(chǔ)上，應(yīng)用左右壁P波速度分析圖，確定預報段主要破碎、軟弱地質(zhì)體（主要是斷層破碎帶）的位置、分布范圍，通過左右壁的對比，大致確定主要不良地質(zhì)體的走向。在地質(zhì)分析的基礎(chǔ)上，應(yīng)用左右壁S波速度分析圖，確定隧道預報段主要充水地質(zhì)體的位置、分布范圍。應(yīng)用左右壁的對比，大致確定主要多水地質(zhì)體的走向。在地質(zhì)分析的基礎(chǔ)上，粗略劃分不同的預報區(qū)段。3.2隧道超前地質(zhì)預報主要方法3.2.5地震波反射法（TSP203）-成果解譯技術(shù)流程某隧道P波速度剖面圖右壁左壁3.2隧道超前地質(zhì)預報主要方法3.2.5地震波反射法（TSP203）-成果解譯技術(shù)流程第2步：縱波能量深度偏移圖的應(yīng)用在地質(zhì)分析的基礎(chǔ)上，分析三波能量偏移圖中的藍色、紅色條帶的分布和特征，進一步劃分不同的預報區(qū)段。在地質(zhì)分析的基礎(chǔ)上，確定三波能量偏移圖中各個探測區(qū)段的每個藍色條帶代表的不良地質(zhì)體的位置、寬度和性質(zhì)。在地質(zhì)分析的基礎(chǔ)上，依據(jù)每個預報區(qū)段的工程地質(zhì)和不良地質(zhì)體特征，確定圍巖級別。3.2隧道超前地質(zhì)預報主要方法3.2.5地震波反射法（TSP203）-成果解譯技術(shù)流程某隧道P波深度偏移圖顯示大范圍破碎帶某隧道P波深度偏移圖顯示局部破碎帶3.2隧道超前地質(zhì)預報主要方法3.2.5地震波反射法（TSP203）-成果解譯技術(shù)流程第3步：縱橫波反射層能量圖的應(yīng)用P波反射層中的藍色條帶，一般代表破碎～很破碎的斷層破碎帶或夾土夾泥帶；藍色條帶顯示出的能量和寬度，則分別代表破碎或軟弱程度和規(guī)模；S波反射層中的藍色條帶，一般代表上述不良地質(zhì)體的充水性。藍色條帶顯示出的能量和寬度，則分別代表充水程度（多水～富水）和規(guī)模;；在地質(zhì)分析的基礎(chǔ)上，應(yīng)用縱橫波反射層能量圖的分析成果，用黑體加粗字，醒目地預報出區(qū)段重點地下巖溶的位置、規(guī)模和特征，預報發(fā)生地質(zhì)災害的可能性，提出應(yīng)對措施。3.2隧道超前地質(zhì)預報主要方法3.2.5地震波反射法（TSP203）-成果解譯技術(shù)流程某隧道P波反射層提取圖某隧道SH波反射層提取圖破碎含水3.2隧道超前地質(zhì)預報主要方法3.2.5地震波反射法（TSP203）-成果解譯技術(shù)流程第4步：遵循以下原則，參考物理力學參數(shù)對成果結(jié)論進行修訂。①反射振幅越強，反射系數(shù)和波阻抗的差別越大。②正反射振幅（紅色）表明正的反射系數(shù)，也就是剛性巖層；負反射振幅（藍色）指向軟弱巖層。③若S波反射比P波強，則表明巖層飽含水。④Vp/Vs增加或泊松比δ突然增大，常常因流體的存在而引起。⑤若Vp下降，則表明裂隙密度或孔隙度增加。3.2隧道超前地質(zhì)預報主要方法3.2.5地震波反射法（TSP）-成果解譯技術(shù)流程圍巖物性參數(shù)二位推斷圖物理參數(shù)和二維推斷圖僅作參考，誤差較大3.2隧道超前地質(zhì)預報主要方法3.2.5地震波反射法（TSP）巖石節(jié)理面提取成果（單純用此圖判斷誤差較大）3.2隧道超前地質(zhì)預報主要方法3.2.5地震波反射法（TSP）-優(yōu)缺點優(yōu)點：①適用范圍廣：適用于極軟巖至極硬巖的任何地質(zhì)情況。②預報距離長：能預報掌子面前方100～350m范圍內(nèi)的地質(zhì)狀況，圍巖越硬越完整預報長度就越大。③預報斷層、弱硬巖接觸面等面狀結(jié)構(gòu)反射信號較為明顯。缺點：①解譯具有不確定性和多解性，精度有待提高。②預報溶洞等點狀地質(zhì)體則不盡如人意，因其預報原理和計算模型是以平面為計算依據(jù)，對小型溶洞反映不明顯。③含水帶預報較為困難。④放炮需要需專業(yè)人員和安全員。3.2隧道超前地質(zhì)預報主要方法3.2.6電磁波發(fā)射法（地質(zhì)雷達）-原理地質(zhì)雷達采用的是時間域脈沖雷達，其理論基礎(chǔ)為高頻電磁波理論。工作方式是以寬頻帶短脈沖的高頻電磁波的反射來探測目的體。雷達系統(tǒng)向被探測物發(fā)射電磁脈沖，電磁脈沖穿過介質(zhì)表面，碰到目標物或不同介質(zhì)之間的界面而被反射回來，根據(jù)電磁波的雙程走時的長短差別，確定探測目標的形態(tài)及屬性，結(jié)合工程地質(zhì)理論分析達到對埋藏目標（地質(zhì)體）的探測與判斷。3.2隧道超前地質(zhì)預報主要方法3.2.6電磁波發(fā)射法（地質(zhì)雷達）-測線布置據(jù)現(xiàn)場實際情況，并考慮測試的安全問題，預報工作在隧道掌子面上臺階臺面上布1條水平測線，測量時由兩位測量人員手持100M天線緊貼掌子面由掌子面左側(cè)移動到右側(cè)，采用點測方式采集數(shù)據(jù)。地質(zhì)雷達測線布置圖3.2隧道超前地質(zhì)預報主要方法3.2.6電磁波發(fā)射法（地質(zhì)雷達）SIR-20型地質(zhì)雷達和100M天線掌子面地質(zhì)雷達超前地質(zhì)預報3.2隧道超前地質(zhì)預報主要方法3.2.6電磁波發(fā)射法（地質(zhì)雷達）-成果解譯

在完整巖石與斷層破碎帶接觸界面的兩側(cè)，由于破碎帶內(nèi)巖石的孔隙度和含水率均比完整巖石要大，而孔隙度和含水率對介質(zhì)的介電參數(shù)等有較大影響，這就造成接觸帶兩側(cè)存在一定的波阻抗差異，致使電磁波在穿過界面進入破碎帶內(nèi)后其反射波能量增強、波形幅值增大，穿過破碎巖層時視其膠結(jié)程度而使得波形比較雜亂。在雷達剖面上的波場特征為:地層反射波發(fā)育，同相軸錯斷，反射波振幅能量明顯增強，電磁波頻率發(fā)生變化，有時候會出現(xiàn)斷面波、繞射波。因此，根據(jù)地質(zhì)需達的波形特征及相關(guān)地質(zhì)資料，可以判明破碎帶的厚度以及它與完整巖石的界面。斷層破碎帶探測3.2隧道超前地質(zhì)預報主要方法3.2.6電磁波發(fā)射法（地質(zhì)雷達）-成果解譯斷層破碎帶波形斷層破碎帶實際照片3.2隧道超前地質(zhì)預報主要方法3.2.6電磁波發(fā)射法（地質(zhì)雷達）-成果解譯裂隙密集帶探測

裂隙密集帶主要存在于斷層影響帶、巖脈帶及軟弱夾層中，由于裂隙內(nèi)有不同成分、不均勻的充填物，與周邊圍巖形成電性差異，因此具有采用地質(zhì)需達探測巖體中裂隙存在的地球物理基礎(chǔ)。當需達電磁波傳播到裂隙表面時，會產(chǎn)生較強的界面反射波，同相軸的連續(xù)性反映了裂面是否平直、連續(xù);在穿越裂隙的過程中會產(chǎn)生繞射、散射、波形雜亂、波幅變化大，反映出裂隙內(nèi)充填物的不均勻性。3.2隧道超前地質(zhì)預報主要方法3.2.6電磁波發(fā)射法（地質(zhì)雷達）-成果解譯3.2隧道超前地質(zhì)預報主要方法3.2.6電磁波發(fā)射法（地質(zhì)雷達）-成果解譯巖溶探測

巖溶與其周圍的介質(zhì)存在著較明顯的物性差異，尤其是溶洞內(nèi)的充填物與可溶性巖層之間存在的物性差異更明顯。這些充填物一般是碎石土、水和空氣等，這些介質(zhì)與可溶性巖層本身由于介電常數(shù)不同形成電性界面。當有巖溶發(fā)育時，反射波波幅和反射波組將隨溶洞形態(tài)的變化橫向上呈現(xiàn)出一定的變化。一般來說，溶洞雷達圖像的特征是被溶洞側(cè)壁的強反射所包圍的弱反射空間，即界面反射是強反射，且常伴有弧形繞射現(xiàn)象;溶洞內(nèi)的反射波則為弱反射:低幅、高頻、波型細密，但當溶洞中充填風化碎石或有水時，局部雷達反射波可變強。3.2隧道超前地質(zhì)預報主要方法3.2.6電磁波發(fā)射法（地質(zhì)雷達）-成果解譯巖溶帶雷達波形巖溶實際照片3.2隧道超前地質(zhì)預報主要方法3.2.6電磁波發(fā)射法（地質(zhì)雷達）-成果解譯

富水帶是含水量大的巖體區(qū)域，在隧道開挖后很可能產(chǎn)生涌水現(xiàn)象，水的相對介電常數(shù)較大，當巖體含水量較大時，介質(zhì)的介電常數(shù)有較大的增大，而電磁波在介質(zhì)中的傳播速度則會降低，這樣反射波表現(xiàn)較強的正峰異常，同出現(xiàn)強反射，有時亦會內(nèi)產(chǎn)生繞射、散射現(xiàn)象，導致波形紊亂，頻率成分由高頻向低頻劇變。富水帶探測3.2隧道超前地質(zhì)預報主要方法3.2.6電磁波發(fā)射法（地質(zhì)雷達）-成果解譯3.2隧道超前地質(zhì)預報主要方法3.2.6電磁波發(fā)射法（地質(zhì)雷達）-優(yōu)缺點優(yōu)點：精度較高，時間占用短。缺點：預報距離較短，在30m以內(nèi)；100M天線相對笨重，操作不便。3.2隧道超前地質(zhì)預報主要方法3.2.7瞬變電磁-原理瞬變電磁法也稱時間域電磁法（Timedomainelectromagneticmethods），簡稱TEM，它是利用不接地回線或接地線源向地下發(fā)射一次脈沖磁場，在一次脈沖磁場間歇期間，利用線圈或接地電極觀測二次渦流場的方法。其基本原理為電磁感應(yīng)定律，電磁場衰減過程一般分為早、中和晚期。早期的電磁場為高頻成分，衰減快，趨膚深度小；而晚期成分為低頻成分，衰減慢，趨膚深度大。通過測量斷電后各個時間段的二次場隨時間變化規(guī)律，可得到不同深度的地電特征。3.2隧道超前地質(zhì)預報主要方法3.2.7瞬變電磁-原理瞬變電磁（TEM）原理圖3.2隧道超前地質(zhì)預報主要方法3.2.7瞬變電磁-測點布置采用共軸偶極方式布置，接收線圈置于掌子面上，發(fā)射線圈位于掌子面后方10m處，采集數(shù)據(jù)的時候保持發(fā)射線圈所在的平面與接收線圈所在平面平行，且中心軸線在同一條直線上。在多個角度采集數(shù)據(jù)，從而獲得盡可能完整的前方空間信息，進行扇形測深。3.2隧道超前地質(zhì)預報主要方法3.2.7瞬變電磁瞬變電磁超前地質(zhì)預報PROTEM47型瞬變電磁儀3.2隧道超前地質(zhì)預報主要方法3.2.7瞬變電磁-成果解譯綠~藍色部分為低阻區(qū)域，依據(jù)現(xiàn)場情況綜合判識為富水區(qū)域3.2隧道超前地質(zhì)預報主要方法3.2.7瞬變電磁-優(yōu)缺點優(yōu)點：瞬變電磁法是一種極具發(fā)展前景的方法，與其他物探方法相比在高阻地區(qū)尋找低阻地質(zhì)體具有優(yōu)勢，可查明含水地質(zhì)如巖溶洞穴與通道、煤礦采空區(qū)、深部不規(guī)則水體等。預報距離可達50~100m，相對地質(zhì)雷達等短期預報具有優(yōu)勢。缺點：易受大型金屬結(jié)構(gòu)干擾；線圈相對笨重。3.2隧道超前地質(zhì)預報主要方法3.2.8紅外探測-原理紅外探測屬廣義遙感技術(shù)，它建立在紅外輻射場的基礎(chǔ)上。當隧道外圍空間和掘進前方存在隱伏水體或含水構(gòu)造時，隱伏水體或含水構(gòu)造產(chǎn)生的異常場就要疊加到正常場上，使隧道內(nèi)的正常場產(chǎn)生畸變，根據(jù)拱頂、隧底、邊墻、掌子面探測曲線、測量數(shù)據(jù)的變化就能確定隱伏水體或含水構(gòu)造所在空間方位。3.2隧道超前地質(zhì)預報主要方法優(yōu)點：探水效果好，儀器小巧輕便，操作簡單，可實現(xiàn)全空間全方位探測，能預測隧道外圍空間及掘進面前方30m范圍內(nèi)是否存在隱伏水體或含水構(gòu)造，基本不占用隧道施工時間，資料分析簡潔、快速、直觀。

3.2.8紅外探測-優(yōu)缺點缺點：只能告訴探測點前方30m范圍內(nèi)有沒有水，至于水量大小、水體寬度及具體位置等則難以說清，也就是說目前紅外探測只限于定性階段。3.2隧道超前地質(zhì)預報主要方法3.2.9其他方法簡介（1）超前導坑法（正洞超前導坑、平行超前導坑）：以導坑中的地質(zhì)情況通過地質(zhì)理論和作圖法預報正洞地質(zhì)條件的方法。準確性高、但費時、費用極高。（2）孔內(nèi)電視：將高清攝像頭放入超前鉆孔中，觀看、記錄孔壁四周的圖像。可獲得了清晰、直觀、準確的圖像資料,但仍存在一孔之見的缺陷。（3）鉆孔雷達：地質(zhì)雷達的一種，天線與表面雷達不同，天線可深入鉆孔中，探測以鉆孔為中心，15m為半徑的一定空間范圍內(nèi)的不良地質(zhì)體。分辨率高、不受干擾、多孔觀測可準確定位不良體位置和規(guī)模。（4）其他物探方法：TRT、TST等和TSP類似。第4部分

地質(zhì)復雜程度分級及

超前地質(zhì)預報方案4.1隧道地質(zhì)復雜程度分級隧道超前地質(zhì)預報設(shè)計前，應(yīng)根據(jù)隧道的工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件、地質(zhì)因素對隧道施工影響程度及誘發(fā)環(huán)境問題的程度等，對隧道分段進行地質(zhì)復雜程度分級，為隧道地質(zhì)超前預報設(shè)計提供依據(jù)，不同級別的地段應(yīng)采取不同的預報方法。隧道地質(zhì)復雜程度分為復雜、較復雜、中等復雜和簡單四級。隧道地質(zhì)復雜程度分級是動態(tài)變化的過程，可根據(jù)開挖過程中的地質(zhì)超前預報成果和實際地質(zhì)條件進行調(diào)整。4.1隧道地質(zhì)復雜程度分級復雜程度分級影響因素復雜較復雜中等復雜簡單地質(zhì)復雜程度(含物探異常)巖溶發(fā)育程度強烈發(fā)育，以大型暗河、廊道、較大規(guī)模溶洞、豎井和落水洞為主，地下洞穴系統(tǒng)基本形成中等發(fā)育，沿斷層、層面、不整合面等有顯著溶蝕，中小型串珠狀洞穴發(fā)育，地下洞穴系統(tǒng)未形成，有小型暗河或集中徑流弱發(fā)育，沿裂隙、層面溶蝕擴大為巖溶化裂隙或小型洞穴，裂隙連通性差，少見集中徑流，常有裂隙水流微弱發(fā)育，以裂隙狀巖溶或溶孔為主，裂隙不連通，裂隙透水性差涌水涌泥程度特大型涌突水（涌水量＞100000m3/d）、大型涌突水（涌水量10000～100000m3/d）、突泥，高水壓較大型涌突水（涌水量1000～10000m3/d）、突泥中型涌水（涌水量100～1000m3/d）、涌泥小型涌水（涌水量＜100m3/d），涌突水可能性極小斷層穩(wěn)定程度大型斷層破碎帶、自穩(wěn)能力差、富水，可能引起大型失穩(wěn)坍塌中型斷層帶，軟弱，中～弱富水，可能引起中型坍塌中小型斷層，弱富水，可能引起小型坍塌中小型斷層，無水，掉塊地應(yīng)力影響程度極高應(yīng)力（Rc/σmax＜4），開挖過程中硬質(zhì)巖時有巖爆發(fā)生，有巖塊彈出；軟質(zhì)巖巖芯常有餅化現(xiàn)象，巖體有剝離，位移極為顯著高應(yīng)力（Rc/σmax=4～7），開挖過程中硬質(zhì)巖可能出現(xiàn)巖爆，巖體有剝離和掉塊現(xiàn)象；軟質(zhì)巖巖芯時有餅化現(xiàn)象，巖體位移顯著————瓦斯影響程度瓦斯突出：瓦斯壓力P≥0.74Mpa，瓦斯放散初速度△P≥10，煤的堅固性系數(shù)f≤0.5，煤的破壞類型為Ⅲ類及以上高瓦斯：全工區(qū)的瓦斯涌出量≥0.5m3/min低瓦斯：全工區(qū)的瓦斯涌出量＜0.5m3/min無地質(zhì)因素對隧道施工影響程度危及施工安全，可能造成重大安全事故存在安全隱患可能存在安全問題局部可能存在安全問題誘發(fā)環(huán)境問題的程度可能造成重大環(huán)境災害施工、防治不當，可能誘發(fā)一般環(huán)境問題特殊情況下可能出現(xiàn)一般環(huán)境問題無4.2隧道超前地質(zhì)預報方案隧道超前地質(zhì)預報應(yīng)根據(jù)不同的地質(zhì)復雜程度分級，針對不同類型的地質(zhì)問題，選擇不同的方法和手段進行，并貫穿于施工全過程：1、地