我国隧道地质超前预报技术述评

隧道地质超前预报在隧道施工开挖中起着关键性作用,同时也是工程地球物理界所面临的一大技术难题.本文回顾了我国主要隧道地质超前预报技术(隧道地震预报系统、水平声波剖面法、陆地声纳法、地质雷达法、红外探水法、超前钻探法和超前平导法)的历史,介绍了它们近年来的研究进展;分析了其现状及在几何结构成像、物性结构反演成像和复杂地质体结构探测中存在的不足;指出了当前亟待解决的基础理论研究、正反演研究、多参数综合利用、建立三维可视化的预测预警系统等问题并提出了解决这些问题的基本设想.

我国隧道工程超前预报技术现状分析

隧道施工期的地质超前预报要解决的问题是:能够准确无误地查明其工程岩体的状态、特征以及可能发生地质灾害的不良地质体的位置、规模和性质,特别是在复杂的岩溶地区该工作尤为重要。超前预报的方法目前分为两大类,即直接预报方法和间接预报方法两类。直接预报方法主要有掌子面的超前钻探、超前平导法等;间接预报方法主要是多种类型的地球物理探测手段。回顾了我国隧道工程超前预报技术的历史,介绍了近年来的研究进展,分析了其现状,指出了当前亟待解决的一些问题并提出了解决这些问题的基本设想。对目前国内正在进行研制的相控阵探地雷达的进展情况进行了介绍。

基于改进BEAM法的煤矿斜井盾构超前探测方法

针对盾构法建设煤矿斜井时的地质勘探难题,在钻孔掘进电法超前监测(bore-tunneling electrical ahead monitoring,BEAM)系统的基础上引入了电阻率层析成像技术,改进了激励和测量模式,为掘进工作面前方地质状况的反演成像提供了解算条件。为提高反演成像的速度,提出了虚拟接地电极等价模型来代替原来的保护电极模型。最后,通过物理模型试验研究了不同虚拟接地电极位置对反演结果的影响。结果表明:当异常体的几何中心与刀盘之间的距离分别为0.15m和0.20m,而虚拟接地电极与刀盘之间的距离分别为0.26m和0.35m时,反演出来的异常体位置与物理模型试验中的异常体位置最为接近,验证了这种方法的可行性。

基于物探技术的TBM施工隧洞地质超前预报方法

相较于先导孔超前预报方法,基于物探技术的地质超前预报方法具有无损、快捷、全局直观等优点,其理论和现场工作技术在传统钻爆法施工隧洞中日臻完善。近年兴起、发展的TBM(Tunnel Boring Machine)施工技术引领了隧洞开挖的创新方向,然而,因大型机械占据有限施工空间,一些超前预报方法无法适应TBM作业方式。通过技术升级和理论创新,近年来出现了一些适应于TBM掘进的地质超前预报方法。通过选取TGS360Proc超前预报法、BEAM超前预报法、三维激发极化超前预报法、HSP超前预报法、ISP超前预报法,对其基本原理、现场工作方法及其适应性和优缺点进行了分析探讨,对TBM施工前方预测提供技术指导,降低TBM卡机或被埋的事故风险。