超前地質預報隧道工程論文
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1常用隧道預報方法的基本原理
隧道地震超前預報測量系統簡稱TSP(TunnelSeismicPredic-tion)，是我國20世紀90年代從瑞士安伯格(AMBERG)測量技術公司引進的一套先進的地質超前預報探測系統，也是我國目前應用較為廣泛的一種。TSP和其他的反射地震波方法一樣，采用了回聲測量原理:地震波在指定的震源點(通常在隧道的左邊墻或右邊墻，大約24個炮點布成一條直線)用小量炸藥激發產生，產生的地震波在巖石中以面波的形式向前傳播，當地震波遇到巖石物性界面(即波阻抗界面，例如斷層，巖石破碎帶，巖性突變等)時，一部分地震信號返回來，一部分地震信號透射進入前方介質，反射的地震信號被兩個三維高靈敏度的地震檢波器(一般左邊墻和右邊墻各一個)接收。通過對接收信號的運動學和動力學特征進行分析，便可推斷空洞斷層，巖石破碎等不良地質體的位置、規模、產狀及巖石力學參數。
1．2紅外探水超前地質預報方法
對地球表層巖體的溫度起到主導作用的是地球地熱場。在一定深度范圍內，深度方向每增加1km，地熱場的溫度則相應的增加30℃，而與其垂直的水平方向，地熱場的溫度變化卻非常小，由此得出結論，在一定深度下，開挖隧道的巖體，可將其看做位于一恒定溫度場中，為一常溫場，溫度的變化幾乎為零。所以，當預計即將開挖的掌子面后方存在含有水的巖層，如溶洞、裂隙水等，且該含水巖層與開挖巖體存在一定的溫度差時，巖體中會產生相應的熱傳導和對流作用，那么溫度場即不再為恒溫場，故而會產生一定的溫度異常場，由于這種異常的存在，故掌子面上會存在著溫度的差異，所以利用紅外輻射測溫法測定這種溫度變化差異，就可預報掌子面前方的含水層情況。這種方法就是紅外探水超前地質預報方法。
1．3其他幾種超前預報方法
超前預報法除了上述介紹的幾種之外，還包括HSP水平聲波刨面法、聲波CT技術等幾種方法，相對而言，這幾種方法運用較少。以下簡要的介紹這幾種方法的原理:
1)HSP水平聲波剖面超前地質預報方法。由于波的傳播過程遵循惠更斯—菲涅爾原理和費馬原理，故該方法的原理是建立在彈性波理論的基礎之上。HSP水平聲波剖面超前地質預報方法有其局限性，探測時的前提條件是巖溶洞穴及充填物與周邊地質體間存在較明顯的聲學特性差異。預報時，在隧道的施工掌子面或邊墻處發射低頻聲波信號，同時，在隧道內其他地點接收反射波的信號，通過對探測到的反射波信號進行時域、頻域等方法的分析，就可以了解掌子面前方巖體的變化情況。
2)聲波CT超前地質預報方法。聲波CT超前地質預報方法的基本原理與醫學CT技術原理相同，在做預報時也有相應的物理前提，即物性差異不同的介質，在其內部聲波的傳播速度也不同，通過這種預報方法，在密集對穿的測試方式下，可以通過聲波在不同介質中傳播速度的不同來計算模擬出物體內部不同物性的具體性質，再通過現場收集到的地質資料的分析，從而達到對預報的掌子面前方的巖體內部的地質體進行三維圖像的直觀展示。
2常用隧道探測方法的特點
2．1TSP超前地質預測預報法的特點優點:
1)該方法適用的范圍比較廣，適用于各類地質情況;
2)對掌子面前方的距離預報較長，能預報掌子面前方達500m深度;
3)不影響隧道施工，只是在接收信號時短暫停止施工即可;4)用時短，每次的探測時間約為45min;
5)投入費用較少，單位長度隧道的超前地質預報費用非常低;
6)成果報告快，僅需要一天時間即可完成成果報告。缺點:
1)存在部分因斷層、大型節理帶與掌子面角度為鈍角時，活隧道因開挖空腔擋住地震震源產生的地震波，使其無法穿透，不能經過反射鏡面反射，使得待接收裝置無法接收，而導致局部斷層等不被識別。
2)TSP的成果質量受到現場起爆點、接收點鉆孔的位置、長度以及角度等的影響非常嚴重。
3)因為所使用的設備均為進口設備，所以成本較高，在普通隧道施工中應用較少。
2．2紅外探水超前地質預報法的特點
優點:預測速度快，占用施工時間較少;數據分析快，預測工作結束時，就可以得到初步結論。缺點:僅僅可以預測出含水巖體的大致方位，不能給出含水巖體的具體位置及所含水量及水壓等詳細數據。
3結語
經過前面的總結分析，我們從總體上了解了隧道工程超前地質預報的發展概況以及現階段我國所常用的幾種超前探測方法，并對其優缺點進行了簡要的分析。近年來，隨著計算機技術的不斷發展，將會越來越多地采用數值模擬計算方法來模擬隧道圍巖的變形。
作者：朱飛 劉國正 彭紅明 單位：青海省環境地質勘查局