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复杂地质长大隧道施工超前地质水文预报超前地质水文预报是利用钻探和现代物探等手段，对因地质和水文勘察工作的技术措施、技术手段、现场条件等局限，而隐伏的、难以探查的重大地质和水文隐患和问题予以进一步提前查清楚查准确，并据已经掌握的地质水文灾害前兆和超前预测预报地质灾害，及时改进施工方法，调整施工工艺，确定防灾预案，进而指导工程施工，保证顺利进行。
标签：隧道超前地质预报；地质水文灾害分级；分级预报施工安全1引言在隧道施工过程中，通过超前地质水文预报来预测、判断施工工作面前方水文地质、工程地质等水文地质的现实状况，为隧道施工方案的调整优化提前提供全面有效可靠的地质水文依据。
通过隧道地质水文预测，预报掌子面前方地段可能引发隧道地质和水文灾害的可能性及位置、性质与规模，并根据地質水文预测预报结果，提出相应有针对性的技术措施与对策建议，为设计变更和优化提供可靠的地质水文依据，有效降低和避免隧道施工灾害的发生，确保施工人员和设备安全，为提高工程质量、施工效率及经济效益提供技术支撑。
2隧道地质水文灾害分级及分级预报方式2.1对地质水文灾害大致分为四级，以判断其对隧道施工安全、进度等方面的危害和影响程度。
影响超前地质水文综合预报工作的具体因素详见表1。
A级水平：有较为重大的水文灾害和地质隐患的地段，如富含水体、地层破碎软弱、导水性良好的断层和破碎带，特大型、大型涌泥涌水地段，非可溶岩与可溶岩接触带，在物探方法探测中的重大异常地段，大型岩溶溶洞，大型人为坑洞，高地应力地段，特殊地质地段，可能诱发重大环境问题的地质和水文灾害地段，等。
B级水平：在物探方法探测中有较大物探异常的地段，中小型涌泥涌水地段，断裂破碎带等。
C级水平：发生涌泥涌水可能性小、地质水文条件较好的碳酸盐岩及碎屑岩地段。
D级水平：发生涌泥涌水可能性极小的小型断层破碎带和非可溶岩地段。
2.2分级预报方式A级别预报（地质与水文复杂地段）：采用地震反射波法（TSP、TGP等）、超前水平钻探法、地质雷达法、加深爆破炮孔法、地质素描法法等多种有效、适合的手段进行综合预测。
隧道超前地质预报之超前地质预报的物探理论参考资料⼆超前地质预报的物探理论迄今为⽌，地下⼯程超前地质预报应⽤的主要⼿段是TSP（或TGP）、地质雷达和红外线探⽔仪和直流电法，涉及的主要物探理论有地震波探测理论、雷达与瞬变电磁探测理论，物理场探测理论和直流电法探测理论。
第⼀节地震波探测理论⼀、地震波的传播规律（⼀）费马原理费马原理⼜称最⼩时间原理。
根据费马原理，波总是沿射线传播以保证波到达时所⽤历时最少这个准则。
在均匀介质中，地震波射线是从振源出发的直线，在其他介质中波射线性质便要复杂⼀些。
（⼆）地震波的反射和透射当地震波在传播过程中遇到介质突然变化的界⾯（如岩体的节理、裂隙和断层等）时，地震波将会产⽣反射和透射，如图3-2所⽰。
（三）地震波的绕射地震波传播过程中遇到地层的间断点和不整合接触点以及断层的棱⾓点等，这些不连续的间断点可以看作是新震源，就会产⽣⼀种新的扰动，向弹性空间四周传播，这种扰动称为绕射波。
即地震波的绕射。
（四）地震波的散射地震波在传播过程中振幅和能量随着离震源点距离的增加⽽减少的现象称为球⾯扩散。
即地震波的散射。
⼆、 TSP探测原理TSP探测时，在掌⼦⾯后⽅⼀定距离的隧道⼀侧边墙上布置⼀定数量的钻孔，通过TSP系统的爆破装置在钻孔中施以微型爆破来产⽣射地震波信号，地震波沿隧道⽅向以球⾯波的形式传播，遇到反射界⾯反射回来由接收器接收，同时转换成电信号并放⼤(如图3-4)。
由于反射波的传播速度、延迟时间、波形、强度和⽅向等均与相关界⾯的性质以及产状密切相关，经过TSP系统的数据处理软件分析处理后，结合具体的地质情况，预测不良地质体的位置、宽度和产状等。
瑞⼠按伯格公司开发的TSP数据处理软件能将地震波信息转化到隧道掌⼦⾯前⽅及周围区域的坐标系统上。
由于地震波从起爆、经反射被接收的⽤时与反射界⾯到起爆点和接收器的距离之和成正⽐关系，所以知道了地震波的传播速度和反射⽤时就可以确定反射界⾯的位置和与隧道轴线的夹⾓。
超前地质预测预报的方法为保证隧道的顺利施工，避免地下水发育地段突水、突泥的发生，防止地表水、地下水流失，确保隧道施工安全，需要采取有效措施对隧道掌子面地质情况进行较为准确的预测预报，根据隧道的具体情况，判定超前地质预报内容并纳入工序管理之中。
经过超前地质预报，在开挖后对地质条件再次认知，通过对比反馈信息和分析，逐步提高对围岩的预报判释的准确性。
超前地质预报的工作程序参见图2图2 超前地质预报工作内容程序图地质素描地质素描预测法分为岩层岩性及层位预测法、条带状不良地质体影响隧道长度预测法以及不规则地质体影响隧道长度预测法三种。
对掌子面已揭露出的岩层进行地质素描（观察岩石的矿物成分及其含量，结构构造特征和特殊标志），给予准确定名，测量岩层产状和厚度。
测量该岩层距离已揭露的标志性岩层或界面的距离，并计算其垂直层面的厚度。
将该岩层与地表实测地层剖面图和地层柱状图相比，确定其在地表地层（岩层）层序中的位置和层位。
依据实测地层剖面图和地层柱状图的岩层层序，结合TSP探测成果，反复比较分析，最终推断出掌子面前方一定范围内即将出现的不良地质在隧道中的位置和规模。
施工过程中，每次爆破后由地质工程师进行地质素描，内容包括掌子面正面及侧面稳定状态、岩层产状、岩性风化程度、节理裂隙发育程度（产状、间距、长度、充填物、数量）、喷射混凝土开裂、掉块现象、涌水情况、水质情况、水的影响、不良气体浓度等。
同时定期对地表水文环境进行观测和监测记录，及时了解隧道施工对地表水的影响，确定施工控制措施，最终做出掌子面地质素描图和洞身地质展示图。
及时对洞内涌水进行水质分析和试验，提交分析和试验结果，对影响隧道衬砌结构的水质提出处理意见，上报技术部门，以利采取有效的防护措施。
超前探测主要针对地下水发育地段的断层破碎带及其影响带、岩层接触带、构造及发育带超前物探长距离超前物探：首选方法为TSP203地质探测仪（探测距离约200m），对比方法为水平钻孔超前探测。
隧道施工超前地质预报
1、预报原则
根据本隧道的地质情况，本着“以工程地质综合分析为核心，坚持粗查与精查相结合、物探与钻探相结合”的原则，做到有疑必探、先探后掘，充分发挥多种手段综合预报的优势，解决本管段隧道的超前地质预报和整治问题。
为了对掌子面前方地质情况进行超前预报并对初期支护和围岩变形状况进行有效监测，我项目部成立专门的施工监测及地质预报小组，由项目经理部的一工区负责组织实施。
2、超前地质预报纵断面示意图
3、预报方法
⑴综合物探超前探测
远距离超前探测:全隧正洞采用TSP203,对掌子面前方约100m范围内的地质构造的位置、规模、性质作较为详细的预报，预测岩体的完整性及岩溶和地下水的发育情况，每100m施作一次，当有异常情况时适当加密。
中近距离超前探测：全隧正洞采用地质雷达探测法（探测前方距离20～30m），验
证TSP超前探测的异常地段。
⑵超前钻孔探测
在综合物探远距离及中距离预报的基础上，采用超前钻孔验证物探异常段，一般正洞采用超前水平钻孔（φ100，每孔长30m，每循环25m）对物探超前探测的异常地段进行验证。
超前钻孔一般每个断面设3个孔并至少保证1孔可以取芯。
2.3 超前地质预测预报的方法为保证隧道的顺利施工，避免地下水发育地段突水、突泥的发生，防止地表水、地下水流失，确保隧道施工安全，需要采取有效措施对隧道掌子面地质情况进行较为准确的预测预报，根据隧道的具体情况，判定超前地质预报内容并纳入工序管理之中。
经过超前地质预报，在开挖后对地质条件再次认知，通过对比反馈信息和分析，逐步提高对围岩的预报判释的准确性。
超前地质预报的工作程序参见图2图2 超前地质预报工作内容程序图2.3.1地质素描地质素描预测法分为岩层岩性及层位预测法、条带状不良地质体影响隧道长度预测法以及不规则地质体影响隧道长度预测法三种。
对掌子面已揭露出的岩层进行地质素描（观察岩石的矿物成分及其含量，结构构造特征和特殊标志），给予准确定名，测量岩层产状和厚度。
测量该岩层距离已揭露的标志性岩层或界面的距离，并计算其垂直层面的厚度。
将该岩层与地表实测地层剖面图和地层柱状图相比，确定其在地表地层（岩层）层序中的位置和层位。
依据实测地层剖面图和地层柱状图的岩层层序，结合TSP探测成果，反复比较分析，最终推断出掌子面前方一定范围内即将出现的不良地质在隧道中的位置和规模。
施工过程中，每次爆破后由地质工程师进行地质素描，内容包括掌子面正面及侧面稳定状态、岩层产状、岩性风化程度、节理裂隙发育程度（产状、间距、长度、充填物、数量）、喷射混凝土开裂、掉块现象、涌水情况、水质情况、水的影响、不良气体浓度等。
同时定期对地表水文环境进行观测和监测记录，及时了解隧道施工对地表水的影响，确定施工控制措施，最终做出掌子面地质素描图和洞身地质展示图。
及时对洞内涌水进行水质分析和试验，提交分析和试验结果，对影响隧道衬砌结构的水质提出处理意见，上报技术部门，以利采取有效的防护措施。
2.3.2超前探测主要针对地下水发育地段的断层破碎带及其影响带、岩层接触带、构造及发育带2.3.2.1超前物探长距离超前物探：首选方法为TSP203地质探测仪（探测距离约200m），对比方法为水平钻孔超前探测。
