1. 綜合超前地質預報在巖溶隧道施工中的應用意義
在當前我國巖溶地區(qū)的隧道施工體系中，綜合超前地質預報技術具有較為顯著的戰(zhàn)略應用意義。一方面，這項技術的使用能夠結合巖溶地區(qū)的實際情況，靈活使用最合適的勘察探索技術，掌握巖溶地區(qū)的地質情況，明確區(qū)域內不良地質環(huán)境的具體位置，給后續(xù)施工活動提供較好的數據支撐，保證施工活動可以規(guī)范進行，避免出現各類安全隱患和質量問題。另一方面，這項技術的廣泛應用也能夠顯著提高施工安全。這主要是因為超前地質預報能夠在施工活動開始之前，進行巖溶隧道區(qū)域的地質探測，提前感知區(qū)域內的不良地質問題，充分保證施工安全性。特別是在使用了超前地質預報技術以后，施工團隊就可以提前感知可能存在的安全隱患，并做好相應的安全防范工作。
2. 綜合超前地質預報在巖溶隧道施工中的應用實例
為明確綜合超前地質預報技術的具體應用，這里也分析了單一技術和組合技術在實際工程項目中的應用，探索這項技術的應用細節(jié)內容，有利于提高我國巖溶地區(qū)隧道施工的整體技術水平。
2.1 單一技術的應用
綜合超前地質預報包含的技術有很多，這里也針對地質雷達法的單一技術應用進行分析。我國向家包二號隧道工程項目處于巖溶地區(qū)，存在大型溶洞、落水洞等不良地質情況。為了明確這些不良地質的具體分布現狀，隧道工程也使用了地質雷達法進行地質勘察。在使用這項技術的時候，工程施工方使用了美國 SIR-20 雷達主機，同時還配置了 100MHz的天線，可以進行多次預報，同時在后續(xù)施工過程中也可以結合實際施工現狀進行預測性對比，避免出現一些不必要的失誤。
在本次地質預報過程中，雷達天線在巖溶管道、溶洞、暗河等區(qū)域產生了非常強烈的反射信號，可以精準識別巖溶隧道中的水分。但在使用這項技術的時候，還需要注意檢測范圍的問題。在本次工程項目中，地質雷達法只能檢測 20m左右的巖溶隧道，并給出比較詳細的地質預報信息。在一些圍巖破碎的特殊區(qū)域，地質雷達法只能預報 15m 左右的地質信息。本次使用地質雷達法的具體原理如 圖 1 所 示。
在使用這項技術以后，可以在隧道的上方與下方區(qū)域產生反射地震波。由于巖層中巖性變化突出區(qū)域的介質密度和傳播彈性波速度乘積存在較大的差異（也被稱之為聲阻抗），最終反射地震波的能力也存在顯著差異。通過這個特點，地質雷達法也能夠較好地甄別巖溶地區(qū)的不良地質帶位置，給后續(xù)進行隧道施工提供較好的數據參考。
2.2 組合技術的應用
綜合超前地質預報體系本身包含多項技術，同時各個技術也具有相應的特點。因此，在具體使用這項技術體系時，如果能夠靈活發(fā)揮多個技術的戰(zhàn)略價值，最終形成組合技術體系，也具有較強的應用意義。結合綜合超前地質預報體系的相關內容，這里則提出“地質調查法 +TSP+TEM+ 超前鉆探”的組合技術模式。
在技術理論與原理方面，主要是使用地質調查法來獲取巖溶地區(qū)的基本地質信息，對于區(qū)域地質情況有較好的掌握。接下來則可以使用 TSP 進行長遠距離的輔助探測，并使用 TEM 技術針對重點區(qū)域進行詳細探測，最終通過超前鉆探活動來驗證預報結果的精準性與可靠性。這套技術實現了多個技術的互補，提高了地質預報的精準性，可以實現地質預報的定量分析。
我國滬昆客運專線中的某巖溶隧道工程就使用了“地質調查法 +TSP+TEM+ 超前鉆探”的組合技術模式。這里也結合工程實踐活動來明確這套組合技術模式的實際應用。
第一，地質調查。相關勘察人員在工程項目施工之前，先對區(qū)域地質情況進行了全面的調查，發(fā)現區(qū)域構造體系為中新華夏系，同時區(qū)域內存在較多的斷層破碎帶。經過進一步分析以后，發(fā)現區(qū)域巖體破碎情況比較突出，同時圍巖的穩(wěn)定性也不高，巖體出現了顯著的強風化情況。
第二，TSP分析。在本次巖溶隧道工程中，相關技術人員還使用了 TSP-203進行了地質預報。在具體操作中，需要在隧道左右兩側分別布設接收器，以及直徑為 50mm、深度為 2m、相隔間距為 1.5m 的炮孔。通過 TSP 探測分析以后，相關技術人員就可以明確區(qū)域地質的不同層系的力學參數和特性，結合相關信息分析得出，區(qū)域內存在圍巖破碎、巖溶發(fā)育、富水等各類情況。
第三，TEM 分析。結合本次工程項目的 TSP 分析結果，就可以對重點區(qū)域進行精細化探測。在探測活動開展過程中，則在隧道掌子面中完成測線的布設。其中，各個測點之間的間距設計為 0.5m，測點距離地面為1.5m。通過使用TEM技術以后，就可以得到視電阻等值線圖，如圖 2 所示。第四，超前鉆探。在巖溶地區(qū)進行超前鉆探，需要進行逐樁鉆探，充分明確地質情況。
在本次工程項目中，主要使用沖擊鉆和回轉取芯鉆兩種方式配合使用，提高鉆探速度與效率。前者無法取芯，在一般地段可以使用，通過沖擊相聲、鉆速變化、沖洗液顏色、鉆桿振動等要素判斷地質巖體情況。而后者主要使用在特殊地層（比如溶洞、斷層破碎帶等），真實可靠地提供巖層地質情況。
3. 綜合超前地質預報在巖溶隧道施工中的應用保障措施
3.1 切實提高勘察人員的專業(yè)能力
綜合超前地質預報體系涉及了多個技術，需要勘察人員具有較高的專業(yè)能力才能夠真正發(fā)揮這些技術的成效。因此，在后續(xù)時間里，巖溶地質勘察團隊應該切實提高各個勘察人員的專業(yè)能力。一方面，在進行人才招聘的時候，相關機構可以適當提高人才招收的標準，從外部市場環(huán)境中吸收一些高素質人才。隨著我國高校擴招戰(zhàn)略的不斷貫徹，我國市場環(huán)境中的高素質人才數量與比例都得到了顯著提升，地質勘探機構更容易從市場環(huán)境中獲得高素質人才。另一方面，機構單位在平時結合綜合超前地質預報體系制定相應的培訓教育活動，同時還要積極引入一些現實工程案例，提高培訓教育的效果。
3.2 做好施工設備的維護保障活動
在進行超前地質預報活動時，需要使用較多的機械設備。因此，在平時，相關技術人員也應該做好各類相關設備的維護保養(yǎng)工作，保證各個設備都有較好的可靠性。在使用各類設備時，操作人員也應該嚴格按照既定的規(guī)章制度和操作流程進行施工作業(yè)，避免因為自身的不良操作而對設備帶來損傷。對于施工團隊來說，也應該做好超前地質預報相關設備的管理，及時更新各類設備的信息，保證設備能夠取得較好的應用成效。
3.3 靈活使用各類組合技術
對于巖溶地區(qū)的隧道施工來說，使用單一地質預報方法雖然比較便捷，但是在實踐活動中很有可能遇到一些阻礙。比如上文提到的地質雷達法無法探測 20m 以外區(qū)域的地質情況。因此，在具體工程實踐過程中，最好使用組合技術模式。這也需要勘探人員能夠對各項技術有比較充足的了解，明確不同技術的使用條件和應用特點，再結合隧道施工現場的實際情況進行針對性的調整。在這個過程中，地質勘探最好能夠結合不同技術的特點和現場施工環(huán)境，制定多套組合技術的方案，并從中選擇最合適的勘探組合技術方案。因此，綜合超前地質預報體系的貫徹使用能夠變得更加靈活，更容易取得預期的效果。
3.4 做好超前地質預報方案的優(yōu)化設計
巖溶地區(qū)的地質環(huán)境是非常復雜的，同時不同地區(qū)的巖溶地質環(huán)境也有所不同，需要施工人員結合項目的實際情況進行超前地質預報技術的靈活組合與全面分析，才能夠形成針對性較強的施工方案體系。在這個過程中，技術人員也需要對施工項目區(qū)域的地質情況進行全面探索，結合巖溶地區(qū)的實際情況選擇最合適的超前勘探技術。在擬定超前地質預報方案時，也需要經過嚴密的技術論證和專家會議，保證最終選定的方案具有較好的合理性，能夠在工程項目中取得顯著應用成效。
4. 結語
綜合來看，綜合超前地質預報技術在巖溶隧道施工中的全面應用具有較好的成效，可以在我國各個地區(qū)進行綜合推廣。對于地質勘探人員來說，應充分明確綜合超前地質預報體系的各項技術內容，同時還要掌握不同技術特點與應用環(huán)境，結合工程項目的實際情況做出針對性選擇。在具體使用這項技術時，相關人員還應該積極處理技術運用過程中存在的問題，并不斷積累技術實踐經驗，給巖溶隧道施工提供較為豐富的地質數據資料。這樣以后，綜合超前地質預報就可以展現出較強的戰(zhàn)略價值，有利于提升我國巖溶隧道施工的安全水平和整體質量。
作者：唐志杰 （湖南省煤田地質局第三勘探隊）
本文刊發(fā)于《中國高新科技》雜志2020年第23期
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