超前地质预报在隧道施工中的研究与应用
【摘要】地质因素对隧道施工存在很大的影响，采用TBM施工由于观察不到掌子面的状况，不能及时了解前方围岩的变化；因此超前地质预报在施工中占有很重要的位置。本文对TBM日常施工中超前地质预报的步骤进行了阐述，并为以后地质工作提出了建议。
关键词：超前地质预报，TBM施工，步骤
1．超前地质预报概念：
超前地质预报是隧道施工中隧洞地质监测的重要组成部分，它包括隧洞围岩描述、水文地质监测、施工地质测绘、围岩变形监测、围岩类别判别、仪器现场量测、不良地质体预报及相应的地质、测试资料分析和成果整理等工作，并及时提供超前地质预报成果资料。隧洞施工超前预报的内容一般包括：
1)、不良地质预报及灾害地质预报：预报掌子面前方一定范围内有无突水、突泥、岩爆及有害气体等，并查明其范围、规模、性质，提出施工措施或建议；
2)、水文地质预报：预报洞内突涌水量的大小及其变化规律，并评价其对环境地质、水文地质的影响；
3)、断层及其破碎带的预报：预报断层的位置、宽度、产状、性质、充填物的状态，是否为充水断层，并判断其稳定程度，提出施工对策；
4)、围岩类别及其稳定性预报：预报掌子面前方的围岩类别与设计是否吻合，并判断其稳定性，随时提供修改设计、调整支护类型、确定二次衬砌时间的建议等；
5)、预测隧洞内有害气体含量、成分及动态变化；
2．超前地质预报分类：
1)、按预报的作用划分：常规预报、成灾预报、专门预报
2)、按距掌子面的距离划分：短距离预报（0～15m）、中距离预报（15～50m）、长距离预报（50m以上）
3)、按专业技术方面分为常规地质法和物探法，具体有以下几种：超前导坑、正洞地质素描、水平超前探孔、声波测试、红外探水、电磁波法和弹性波法。
3．超前地质预报研究现状：
隧洞施工超前预报目前已引起国内外隧洞工程界的重视，也做了许多卓有成效的工作，但是由于对不良地质体的认识和判别存在主观偏差，再加上勘测、测试手段的局限性和人为解译的差异性，因此，难以保证超前地质预报的准确和及时。到目前为止还没有一套系统的普遍适用的方法，国内外隧洞工程的重大地质灾害仍时有发生。
4．超前地质预报在工程中的应用
根据TBM自身的构造特点，施工中主要采用常规地质法和物探法相互配合进行超前地质预报；其中，常规地质法主要通过对正洞进行地质素描，收集和分析现场资料，指导施工。同时，利用声波测试来验证常规地质法的预报成果。
4.1地质素描的内容
地质素描的内容主要包括地下水状态（出水点、出水量、水压力、突水情况等），地层岩性（产状、结构、地质构造影响程度等），岩石特征（岩石名称、风化状况，岩石结构、强度等），地质结构面（间距、延伸性、粗糙度、张开性等），软弱夹层，贯穿性强的大节理，断层（填充情况、风化程度、开度、渗漏等）。
4.2常规地质法超前地质预报的步骤
1）、熟悉工程区域地质概况，了解本标段所处的地层特性，重点根据区域地质资料掌握TBM掘进过程中所可能遇到的不良地质地段。
2）、配备专业的地质工程师，详细掌握已开挖出露的围岩特性及结构面之间的关系。
3)、进入TBM工作面，首先辨别所开挖出露的围岩中所含矿物，并判断其岩性，并素描出揭露洞段的结构面的产状、结构，不良地质体的影响范围及各结构面和不良地质体之间的关系，并详细描绘出各组结构面之间的间距、延伸性、粗糙度和张开度。按要求选取典型洞段，统计其中结构面组数，计算其体积节理数。判断围岩中所侵入的岩脉名称、产状、厚度、充填、泥化程度和破碎情况，以及岩脉侵入过程中对围岩稳定造成的影响。统计掌子面每分钟的出碴量。
4)、在地质素描过程中，要重点标出洞室围岩的各个出水点，并统计其水量及分析其对洞室产生的影响。
5)、总体观察已开挖洞段，描绘出整段洞室的优势结构面，重点描绘洞室所揭露的贯穿性大的节理、断层性质及断层间充填的物质、风化程度、张开度和渗露度等。
6)、记录TBM掘进过程中的推进压力和推进速度。分析已开挖洞段的推进速度和围岩强度之间的关系。
7)、分析碴体情况，一般按薄片状碴体、次块状碴体、块状碴体和大块状碴体分类，并大致统计其各自所占的百分率。选择一定数量大小的碴体，通过点荷载实验，得出岩石强度。
8)、分析现场搜集的数据，根据对现场已开挖洞段的结构面及其之间的关系和结构面的延伸状况及洞室的体积节理数，综合考虑地下水的影响，得出前方结构面的发育程度和优势结构面及对洞室所产生的影响；统计TBM掘进推力、掘进速度及岩石的点荷载强度数据，并根据TBM的每分钟的出碴量和TBM自身特点得出三者之间的关系，为日后的地质预报工作提供经验。
9)、在已开挖洞段每100m施作一对深5m间距2m左右的钻孔，利用声波物探测试本段的岩石的完整性系数，结合现场统计得出的体积节理数，确定岩石的完整性。
10)、对比前期地质勘探成果，并根据室内分析结果，书写地质预报报告和建议支护措施，及时下发至现场施工人员，指导生产。
4.3TBM施工中常规地质法预报存在的问题
1)、现场统计结构面性质和产状过程中，受TBM自身的机械和电气设施的影响，地质罗盘在现场无法使用，使结构面产状的描述和统计就产生偏差，甚至错误；后期地质预报的成果和实际围岩情况就会出现的误差。
2)、一次性搜集到的已开挖围岩的情况偏少，无法完全准确的了解到围岩整体结构面的特征及各组结构面之间的关系。
3)、TBM正常掘进时，渣体一般为碎块及粉末状，不易寻找合适的点荷载试件，且试件已受到滚刀和刮板的剧烈扰动后，强度会有所降低。
4)、TBM掘进参数和围岩性质之间的关系并没有经验数据作为参考，且每台TBM自身性质的不同，掘进参数和围岩性质之间的关系也不相同，具有不确定性。
5．对TBM施工中地质预报方法的总结
TBM自身特点及其施工特点决定了每一台TBM都必须要有一套独立的与其相适应的超前地质预报手段作为其施工指导，该施工手段是由专业地质人员在了解TBM特性和现场施工情况后逐步摸索总结出来的。因TBM机况及施工地段的区域地质条件不同，原有已总结出的地质预报手段只能做为参考，辅助专业地质人员更好更快的摸索总结出更为合适的预报手段。
我国TBM施工隧道长度有限，积累的经验还不全面，仍处于摸索和经验积累阶段。在隧道施工中，通过超前地质预报和对TBM实际开挖出露的围岩进行地质编录，获得第一手实际资料，及时总结分析，发现规律，应用规律，较为准确地预报主洞地质条件，用于指导施工。做好施工地质工作是为了消除地质隐患，为优化设计提供所需的工程地质资料，检验前期勘察成果，选择合理的施工参数，指导工程安全施工和充分发挥工程的目标效益，同时为工程验收和运行期研究有关问题提供地质资料的基础工作，其意义重大。
参考文献：
1、深埋长大隧洞TBM施工超前地质预报方法浅析刘文元
2、辽宁省大伙房输水工程TBM2标实施性施工组织设计中铁隧道集团
