一、超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)的實(shí)踐意義
超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)出現(xiàn)在上個世紀(jì)中后期，是工程地質(zhì)的一個分支，我國從上個世紀(jì)70 年代后期逐漸開始重視這一方面的研究和應(yīng)用，中國科學(xué)院地質(zhì)研究所的孫廣忠院士等作了大量的工作。進(jìn)人21 世紀(jì)，伴隨著西部大開發(fā)戰(zhàn)略的啟動，修建的鐵路、公路將明顯增多。由于隧道長度、埋深等各方面因素的影響，地質(zhì)條件越趨復(fù)雜，隧道施工中遇到的問題也會相應(yīng)地增多，不可預(yù)料的地質(zhì)災(zāi)害如突泥、突水、塌方等成為困繞工程施工的主要難題。近十幾年來，隧道施工技術(shù)已經(jīng)有了很大的發(fā)展，為了保證在隧道施工時的安全和，超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的研究顯得越來越重要。 
要保證隧道施工的順利進(jìn)行，關(guān)鍵是要預(yù)防隧道施工中的地質(zhì)災(zāi)害。如在施工中的塌方是制約快速施工的zui主要因素之一，而斷層、巖溶是隧道隧洞開挖過程中zui常見的不良地質(zhì)現(xiàn)象，也是引起隧道塌方的“罪魁禍?zhǔn)?rdquo;之一。由斷層及斷層破碎帶、巖溶陷落柱等引起的隧道隧洞塌方占塌方總數(shù)的90％以上。賦存于斷層及破碎帶中的溶洞、暗河、淤泥帶是隧道隧洞突泥突水等地質(zhì)災(zāi)害的zui主要根源，斷層破碎帶是誘發(fā)瓦斯爆炸和煤與瓦斯突出等地質(zhì)災(zāi)害的zui主要地質(zhì)因素之一。斷層破碎帶還與巖爆的發(fā)生和產(chǎn)生密切相關(guān)?？梢哉f，隧道隧洞施工中發(fā)生的地質(zhì)災(zāi)害，幾乎都有斷層、巖溶有關(guān)。 
鑒于斷層破碎帶、巖溶對隧道施工的巨大影響。因此，進(jìn)行斷層破碎帶、巖溶超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的研究具有極其重要的意義。根據(jù)隧道隧洞開挖面前方隱伏斷層及破碎帶、巖溶規(guī)模準(zhǔn)確定位和評價，采取準(zhǔn)確而有效的防治工作，不僅可以減少隧道塌方、突泥等災(zāi)害的發(fā)生、加快施工進(jìn)度，而且可以為施工單位節(jié)約大量成本，顯著提高經(jīng)濟(jì)效益。它既可以產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益，又具有廣泛的社會效益。 
二、主要地質(zhì)超前預(yù)報(bào)的工作方法和手段 
目前，常用的隧道長期（長距離）超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的方法主要有地面地質(zhì)調(diào)查法，斷層參數(shù)預(yù)報(bào)法和TRT 、TSP 、HSP 等儀器探測方法；常用的隧道短期（短距離）超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的方法主要有掌子面編錄預(yù)測法，不良地質(zhì)前兆法和地質(zhì)雷達(dá)、紅外線超前探水等儀器探測法。各種預(yù)報(bào)手段和方法都有其各自的適用范圍和特點(diǎn)，其中TSP 超前探測是目前預(yù)報(bào)距離zui長、適用范圍zui廣、預(yù)報(bào)效果的超前預(yù)報(bào)手段和方法。  
1 . TRT 超前探測技術(shù)  
TRT 層析掃描超前預(yù)報(bào)系統(tǒng)可采用多種地震源產(chǎn)生沿隧道和采礦口傳播的信號，這些信號在巖體性質(zhì)發(fā)生改變的地方反射，被用來描述隧道和采礦口前方及其周圍的三維結(jié)構(gòu)圖。TRT6000 層析掃描超前預(yù)報(bào)系統(tǒng)是用來指導(dǎo)隧道施工、地層繪圖、采礦、地下水文和地質(zhì)測量、填埋物的描繪和定位、判斷地下危險(xiǎn)物移動的新一代超前預(yù)報(bào)系統(tǒng)，它采用了業(yè)界*的層析掃描成像及用捶擊產(chǎn)生地震波的技術(shù)，從而提高了數(shù)據(jù)采集效率、降低了操作難度而且使圖像更易于理解，更有利于缺陷診斷。TRT60OO 超前預(yù)報(bào)系統(tǒng)是一個優(yōu)化的、由硬件和軟件組成的測量系統(tǒng)。  
TRT6000 在美國、歐洲、日本、新西蘭、澳大利亞等獲得廣闊的市場，目前在中國的中鐵十四局及五礦集團(tuán)得到應(yīng)用，并獲得用戶高度評價。它具有以下優(yōu)點(diǎn)：  
① TRT6000 超前預(yù)報(bào)使用錘擊作為的震源，可重復(fù)利用，不需要耗材，而使用炸藥爆炸作為震源每次需要相當(dāng)費(fèi)用。  
②使用錘擊作為震源，可在同一點(diǎn)作多次錘擊，通過信號疊加，使異常體反射信號更加明顯。 
③用錘擊作為震源克服了爆炸產(chǎn)生的高能量對周圍巖體產(chǎn)生擠壓、破壞現(xiàn)象，從而保證能接收到真實(shí)的地震波信號。  
④由人控制錘擊產(chǎn)生地震波、可簡單重復(fù)，操作簡單，而爆炸產(chǎn)生地震波時高頻信號迅速衰減，對操作人員的要求比較高。  
⑤TRT6000 采用高精度的加速計(jì)作為傳感器，靈敏度高（0.5v/g ） ，zui大程度地保留了高頻信號，提高了精度及探測距離（硬質(zhì)巖中為300 米，軟質(zhì)巖中為 150 米），而其他儀器使用的是速度傳感器，靈敏度為 （ 1v/g ） ，容易損失高頻信號。  
⑥傳感器和地震波采集、處理器之間采用無線連接，大大簡化了裝備（只有兩個箱子，尺寸見設(shè)備配置）兩個箱子的重量僅為29Kg ，攜帶方便。 
⑦TRT6000 的傳感器布點(diǎn)采用立體布點(diǎn)方式，在隧道兩邊分別布置4 個傳感器，然后在隧道頂上布置兩個傳感器，從而獲得真實(shí)的三維立體圖，直觀的再現(xiàn)了異常體的位置、形態(tài)、大小。而其他儀器一般在左右邊墻各布置一個地震波信息接收器接收地震波，這樣的布置方式只能獲得異常體的位置信息，而不能獲得形狀、大小等信息，同時對于大角度斜交隧道的裂隙可能沒有反映。 
⑧TRT6000 還采用了層析掃描的圖像處理方式，繪制三維視圖，并可以從多個角度觀察缺陷，使得圖像更加清晰，易于理解，從而更加輕松地進(jìn)行缺陷診斷。 
⑨TRT6000 能描繪到隧道水平和垂直方向的所有異物。而其他儀器用于描繪幾乎垂直于隧道的充滿空氣或水的裂隙，而且只能描繪靠近的垂直裂隙，不能描繪稍遠(yuǎn)距離的第二或第三裂隙（尤其是充氣裂隙）。對于斜交隧道（由其是大角度斜交隧道）的裂隙可能沒有反映。對于所描繪的傾斜裂隙，會低估它們的距離。 
2 . TSP 超前探測技術(shù)  
TSP （ Tunnel SeismiC Prediction ）是瑞士安伯格測量技術(shù)公司于20 世紀(jì)90 年代初期開發(fā)研制的一套超前預(yù)報(bào)系統(tǒng)設(shè)備，該系統(tǒng)采用地震波反射原理，能長距離地預(yù)報(bào)隧道施工前方的地質(zhì)變化，如斷層破碎帶和其它不良地質(zhì)帶，其準(zhǔn)確預(yù)報(bào)范圍為掌子面前方100一150m?，F(xiàn)如今TSP 超前地質(zhì)探測系統(tǒng)在瑞士、德國、法國等發(fā)達(dá)的隧道施工中，已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，尤其是在采用TBM 施工時，利用TSP 進(jìn)行超前探測地質(zhì)情況，更是在隧道施工過程中*的工序。  
1996 年，我國鐵道部隧道工程局引進(jìn)TSP202 應(yīng)用于深圳中東部供水水源隧道、梅坎鐵路松南隧道、內(nèi)昆線閘上隧道、朱嘎隧道等。近年來，TsP 技術(shù)也越來越得到中國的工程技術(shù)人員廣泛認(rèn)同，并成功地應(yīng)用于秦嶺鐵路隧道、株六鐵路復(fù)線、渝懷鐵路部分隧道工程、青海公伯峽水電站導(dǎo)流洞、云南元墨高速公路以及山西雁門關(guān)公路隧道等幾十個工程中。在工程的施工實(shí)踐中也發(fā)揮了重要作用。 
TSP 探測技術(shù)產(chǎn)品開發(fā)經(jīng)歷了TSP202 和TSP203 兩代產(chǎn)品。與*代產(chǎn)品TSP202 相比，TSP203 在硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)等方面都作了很大的改進(jìn)，其軟件編程除了考慮了于WindowS 視窗的兼容性之外，還特別強(qiáng)調(diào)了軟件的智能化和評估結(jié)果輸出的靈活性，使探測工作更加靈活、便捷。對TSP202 和TSP203測量系統(tǒng)的主要特征和配置作了比較。 
3 . TGP 超前預(yù)報(bào)系統(tǒng) 
這也是地震反射波技術(shù)的一種應(yīng)用，猶如光波在鏡面發(fā)生反射一樣，巖體中傳播的地震波在斷層構(gòu)造破碎帶、不同巖性接觸帶、軟弱巖層帶、以及巖溶發(fā)育帶等界面發(fā)生反射、繞射和散射，發(fā)生波型變換、衰減、干涉等現(xiàn)象，本系統(tǒng)詳細(xì)分析解譯這些地質(zhì)信息，實(shí)現(xiàn)對上述不良地質(zhì)的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)。 
隧道內(nèi)地震波的傳播環(huán)境為三維條件，設(shè)想在六面是鏡面的空間內(nèi)你的圖像將會如何？隧道內(nèi)的反射波傳播遠(yuǎn)比地面復(fù)雜。需要采用全波列震相分析、偏振歸位與空間歸位等多項(xiàng)新處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)界面成像。采集與控制的電路安裝在防靜電、防電磁干擾、防水的美國進(jìn)口精密儀器箱體，TGP 超前預(yù)報(bào)系統(tǒng)采用三分量精密高保真的接收傳感器，采取彈性波偏移歸位、極化偏振、和空間等相關(guān)技術(shù)提取地質(zhì)信息，通過分析反射點(diǎn)的分布形態(tài)判斷地質(zhì)病害的類型；通過縱、橫波資料的差異性，分析地質(zhì)病害的性質(zhì)；結(jié)合隧道施工地質(zhì)調(diào)查，總結(jié)規(guī)律，提高預(yù)報(bào)準(zhǔn)確性。 
除了上述三種方法外，在實(shí)際的工作中，為了增加地質(zhì)超前預(yù)報(bào)的精度，還有下列一些輔助性的手段：  
（l ）地質(zhì)雷達(dá)法 
探地雷達(dá)法也叫地質(zhì)雷達(dá)法，簡稱 GPR （ Ground Penetrating Rada）。該方法利用發(fā)射天線將高頻電磁  波以脈沖形式由隧道掌子面發(fā)射至地層中，經(jīng)地層界面反射返回隧道掌子面，由另一天線接收回波信號，進(jìn)而通過對接收的回波信號進(jìn)行處理、分析解釋，達(dá)到對短距離進(jìn)行超前預(yù)報(bào)的目的。地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)大量地應(yīng)用在隧道超前預(yù)報(bào)、工程場地勘查、地下管網(wǎng)探測、工程質(zhì)量檢測、金屬礦化代勘查、地表水資源調(diào)查甚至考古探查當(dāng)中，取得了令人滿意的效果。  
（ 2 ）水平聲波剖面法（HSP）  
水平聲波剖面法簡稱 HsP （ Horizontal Sonic ProfileS） ，該方法是地震波反射法的一種。探測時不占用掌子面，將發(fā)射源和接收換能器布設(shè)在隧道兩側(cè)的淺孔內(nèi)，發(fā)射、接收位置均在平行于隧道底面的同一水平面上，即構(gòu)成一“水平聲波剖面”。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是對反射界面傾角沒有限制，測點(diǎn)所接收的反射波路徑相等，因此反射波組合形態(tài)與反射界面形態(tài)基本相同，通常是直達(dá)波呈雙曲線形態(tài)，反射波呈直線形態(tài)，圖像直觀。 
（ 3 ）陸地聲納法 
陸地聲納法（Land Sonar） 
也叫高頻地震波反射法，該方法是鐘世航教授1992 年提出的，其實(shí)質(zhì)是垂直地震反射法。它采用極小偏移距、錘擊激發(fā)、高頻超寬帶接收反射彈性波進(jìn)行連續(xù)剖面探測。  
（ 4 ）紅外探水法 
紅外探測法（Infrared Detection）是利用地下水的活動會引起巖體紅外輻射場強(qiáng)的變化，紅外探水儀通過接收巖體紅外輻射場強(qiáng)，根據(jù)圍巖紅外輻射場強(qiáng)的變化幅值來確定隧道掌子面前方或洞壁四周是否有隱伏的含水體。  
（ 5 ）超前鉆探法 
超前鉆探法（Advance BoreholeS）是運(yùn)用鉆孔臺車從隧道掌子面向前打孔時鉆進(jìn)速度的變化，并結(jié)合巖粉和泥漿顏色來預(yù)測打孔深度范圍內(nèi)的地質(zhì)情況。該方法能zui直接地揭示隧道掌子面前方的地質(zhì)特征，所以準(zhǔn)確率很高。此法如果輔以數(shù)碼成像、鉆孔聲波測試，還可對孔內(nèi)及掌子面地質(zhì)情況進(jìn)行攝影成像并獲取巖石波速，這樣不僅有利于完成掌子面地質(zhì)素描、地質(zhì)展布圖，而且有利于對導(dǎo)洞進(jìn)行地質(zhì)預(yù)報(bào)等。 
（ 6 ）超前平導(dǎo)法 
超前平導(dǎo)法也稱超前導(dǎo)坑法（Advanced Tunnels） , 它是在隧道中線附近利用平行導(dǎo)坑先期貫通一個綜合性地質(zhì)探洞，以便對主洞作出直觀、的地質(zhì)超前預(yù)報(bào)，同時還可為主洞施工提供輸水、排水、施工通風(fēng)、施工運(yùn)輸?shù)姆奖銞l件。 
三、結(jié)語 
總之，通過地質(zhì)超前預(yù)測預(yù)報(bào)，減少隧道施工過程中的盲目性，避免隧道施工過程中可能誘發(fā)的重大的不良地質(zhì)或?yàn)?zāi)害地質(zhì)的發(fā)生，并根據(jù)現(xiàn)場預(yù)報(bào)結(jié)果，實(shí)施動態(tài)信息的施工方法，及時調(diào)整或修正圍巖分級、設(shè)計(jì)參數(shù)及施工方法，正確指導(dǎo)施工，使施工快速、安全、經(jīng)濟(jì)、合理。同時，通過地質(zhì)超前預(yù)測預(yù)報(bào)，總結(jié)出有關(guān)隧道在通過巖溶水、軟巖、高地應(yīng)力、斷層等重大災(zāi)害地質(zhì)問題地段的一套行之有效的地質(zhì)超前預(yù)測預(yù)報(bào)方法及其施工方案，隨著超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的技術(shù)和設(shè)備的不斷更新，超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的應(yīng)用會越來越廣，多種手段、多種方法的互相融合、互相印證，使得超前地質(zhì)預(yù)報(bào)水平會越來越高、精度越來越高，理論研究越來越深人，并逐漸成為工程地質(zhì)學(xué)的一個重要組成部分。

河北恒泰鴻基試驗(yàn)儀器廠主要供應(yīng)樓板測厚儀，鋼筋掃描儀，樁基動測儀，氯離子含量測試儀，旁壓儀，混凝土測厚儀，瀝青燃燒爐，核子密度水份儀，裂縫測寬儀，裂縫測深儀，鋼筋銹蝕儀，非金屬超聲波檢測儀，無核密度濕度儀，核子密度儀，反光標(biāo)志逆反射系數(shù)測定儀，反光標(biāo)線逆反射系數(shù)測定儀，突起路標(biāo)發(fā)光強(qiáng)度測定，混凝土氯離子含量測定儀，混凝土堿含量測定儀，混凝土凍融試驗(yàn)機(jī)，混凝土碳化試驗(yàn)箱，混凝土動彈儀，混凝土磁力振動臺，混凝土及水泥含氣量測定儀，水泥試驗(yàn)小磨，混凝土攪拌機(jī)，水泥氯離子含量測定儀，電動液壓脫模器，電動擊實(shí)儀，混凝土標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)箱，水泥凈漿攪拌機(jī)，水泥膠砂攪拌機(jī)，水泥膠砂振實(shí)臺，水泥膠砂流動度測定儀，水泥壓力試驗(yàn)機(jī)，混凝土壓力試驗(yàn)機(jī)，材料試驗(yàn)機(jī)，水泥恒應(yīng)力試驗(yàn)機(jī)及各種瀝青實(shí)驗(yàn)儀器等。歡迎新老客戶，，公司www.hthj17.com，www.hthjyq.com，webenjoy.cn