公路隧道綜合超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)及應(yīng)用

武金博，周華敏，張 楊，吳慶華

(1. 中交第二公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司,湖北武漢430056； 2. 長江科學(xué)院水利部巖土力學(xué)與工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,湖北武漢430010)

近年來公路隧道建設(shè)蓬勃發(fā)展，然而隧道在快速建設(shè)的同時(shí)也存在諸多難題。作為一項(xiàng)隱蔽性工程，隧道建設(shè)會(huì)穿越巖溶、斷層破碎帶、軟巖變形層等復(fù)雜不良地質(zhì)體發(fā)育段落，極易遭遇崩塌、冒頂、突水和涌水等地質(zhì)災(zāi)害。開展公路隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作，準(zhǔn)確預(yù)測隧道掌子面前方賦存的斷層、溶洞等不良地質(zhì)情況并預(yù)判可能引起的地質(zhì)災(zāi)害，對(duì)于確保安全、科學(xué)施工具有重要意義。

隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)最先被應(yīng)用于煤礦井下的煤層構(gòu)造、地下水、巷道變形超前探測[1]。1972年召開的快速掘進(jìn)與隧道工程會(huì)議，標(biāo)志隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)進(jìn)入新里程。20世紀(jì)80年代后，美國等國家應(yīng)用地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)預(yù)報(bào)地質(zhì)分層情況。90年代后，地震波反射法超前預(yù)報(bào)技術(shù)蓬勃發(fā)展[2]，不同國家根據(jù)激振類型、觀測方式、處理技術(shù)的不同發(fā)展了多種地震類預(yù)報(bào)方法[3]。進(jìn)入21世紀(jì)，隨著隧道掘進(jìn)機(jī)技術(shù)(tunnel boring machine，TBM)和盾構(gòu)開挖方式的大量出現(xiàn)，德國推出聚焦電流頻率域激發(fā)極化隧道超前預(yù)報(bào)方法(bore-tunneling electrical ahead monitoring，BEAM)，我國開展核磁共振超前探測含水體研究等[4]。

受隧道復(fù)雜環(huán)境和物探方法多解性等限制，單一預(yù)報(bào)方法的準(zhǔn)確性難以奏效，預(yù)報(bào)效果也不盡相同，越來越多學(xué)者研究采用不同方法開展超前地質(zhì)預(yù)報(bào)[5]。齊傳生等[6]采用地質(zhì)雷達(dá)、跨孔聲波層析成像法、隧道地震波超前預(yù)報(bào)(tunnel seismic wave advanced prediction，TSP)等多種物探方法在圓梁山隧道進(jìn)行超前探測。曲海鋒等[7]基于系統(tǒng)論觀點(diǎn)，提出定性分析和定量分析的綜合地質(zhì)預(yù)報(bào)方法。王錦山等[8]在廈門海底隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)中，采用宏觀預(yù)報(bào)、TSP探測與掌子面編錄、超前鉆探相結(jié)合的綜合預(yù)報(bào)方法。李術(shù)才等[9-10]總結(jié)不同物探方法在隧道巖溶裂隙水和不良地質(zhì)預(yù)報(bào)中存在的主要問題和主要特點(diǎn)，并提出綜合預(yù)報(bào)方案要合理搭配、科學(xué)管理、貫穿全程、因地制宜。李天斌等[11]采用模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法綜合預(yù)報(bào)隧道常見不良地質(zhì)。譚天元等[12]提出深埋長大隧道綜合預(yù)報(bào)體系框架。

基于各種預(yù)報(bào)方法的優(yōu)勢，研究一體化綜合預(yù)報(bào)體系，形成有效綜合超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)，是提高超前探測精度的重要途徑[13]。本文中針對(duì)公路隧道特點(diǎn)，研究基于地質(zhì)物探相結(jié)合、洞內(nèi)外相結(jié)合、長短距離預(yù)報(bào)相結(jié)合、定性定量相結(jié)合及物性參數(shù)互補(bǔ)的綜合預(yù)報(bào)方法，提出公路隧道綜合超前地質(zhì)預(yù)報(bào)實(shí)施方案。以某高速公路隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工程為例，預(yù)報(bào)掌子面前方節(jié)理裂隙水發(fā)育區(qū)域，及時(shí)、有效防止隧道溶洞突水、突泥等地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生。

1 綜合超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方法

1.1 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方法對(duì)比

目前，國內(nèi)外隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)主要采用地質(zhì)分析法、地球物理法[14]。地質(zhì)分析法有工程地質(zhì)調(diào)查法、超前導(dǎo)洞法、超前水平鉆探法和地質(zhì)素描法等。地球物理方法包括地質(zhì)雷達(dá)法、地震波反射法、瞬變電磁法、紅外探水法、激發(fā)極化法等。

工程地質(zhì)調(diào)查法在隧道施工前，采用遙感解譯、地質(zhì)測繪、鉆探、巖土計(jì)算分析等方法，為隧道施工區(qū)提供宏觀工程地質(zhì)資料[15]。工程地質(zhì)調(diào)查可定性查明隧址區(qū)地形、巖性、地質(zhì)構(gòu)造特征，斷層形態(tài)、性質(zhì)、破碎程度，不良地質(zhì)、特殊巖土的分布及對(duì)隧道的影響，宏觀預(yù)測隧道可能發(fā)生的地質(zhì)災(zāi)害。掌子面地質(zhì)素描法一般在每個(gè)開挖支護(hù)后，根據(jù)掌子面附近洞壁揭露的結(jié)構(gòu)面、巖層、地表結(jié)構(gòu)面特征，通過類比推測方式，推斷掌子面前方巖性延伸情況[16]。地質(zhì)素描預(yù)報(bào)法是一種高效的短距離定性預(yù)報(bào)方法。

地球物理超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方法根據(jù)預(yù)報(bào)距離不同，可分為長距離和短距離預(yù)報(bào)。長距離預(yù)報(bào)主要采用地震波反射法預(yù)報(bào)掌子面前方距離為100～200 m的地質(zhì)情況，基本原理是利用人工激發(fā)的彈性波在巖體中傳播，不良地質(zhì)體與圍巖波阻抗差異產(chǎn)生反射波，通過分析檢波器接收的反射波運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)特征，獲取巖體構(gòu)造的成像信息，從而預(yù)測隧道前方地質(zhì)狀況[17]。根據(jù)觀測系統(tǒng)布置方式、數(shù)據(jù)處理方法、激振方式等不同，地震波反射法超前地質(zhì)預(yù)報(bào)可分為TSP、隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)(tunnel geological prediction，TGP)、陸地聲納法、負(fù)視速度法等二維超前預(yù)報(bào)和隧道地震波反射層析成像預(yù)報(bào)(tunnel seismic wave reflection tomography，TRT)、隧道地震層析成像探測(tunnel seismic tomography，TST)、水平聲波剖面法(horizontal sound probing，HSP)、隧道施工超前地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)(underground seismic geological prediction system，USP)[18]，以及 隧道地震波法超前探測系統(tǒng)(tunnel seismic detecting system，TSD)等空間觀測方式的超前預(yù)報(bào)方法。地震波反射法超前預(yù)報(bào)距離長，對(duì)力學(xué)性質(zhì)差異的面狀構(gòu)造預(yù)報(bào)效果較好，但是該方法成本較高、耗時(shí)，并且預(yù)報(bào)精度有待進(jìn)一步提高。

短距離預(yù)報(bào)主要采用電磁類方法對(duì)掌子面前方距離小于60 m的充水溶洞、富水?dāng)鄬拥群涣嫉刭|(zhì)體進(jìn)行預(yù)報(bào)。其中，地質(zhì)雷達(dá)法分辨率相對(duì)較高，在軟弱夾層、裂隙帶、溶洞、斷層等方面預(yù)報(bào)效果較好，但是準(zhǔn)確預(yù)報(bào)距離較短，受隧道施工環(huán)境干擾大，主要用于對(duì)異常區(qū)的精細(xì)探測。瞬變電磁法和電阻率法主要用于查明隧道前方含水情況，紅外探水法只限于定性預(yù)報(bào)探測點(diǎn)前方是否含水及方位。

從理論基礎(chǔ)、觀測布置、資料處理、預(yù)報(bào)距離和適用性等方面，對(duì)比目前主要預(yù)報(bào)方法的異同點(diǎn)，結(jié)果如表1所示。由表可知，地質(zhì)分析法適用于任何地質(zhì)條件，依賴于預(yù)報(bào)人員的專業(yè)知識(shí)和豐富經(jīng)驗(yàn)，預(yù)報(bào)距離較短，為開挖工作面前方5 m以內(nèi)。超前導(dǎo)坑法和超前鉆探法在地質(zhì)預(yù)報(bào)發(fā)展的初期使用最多，該方法費(fèi)用高，存在“一孔之見”的局限性。4種非震物探方法主要對(duì)含水構(gòu)造更敏感，地震類方法根據(jù)發(fā)展先后順序，對(duì)復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造的預(yù)報(bào)能力逐步提升[19-22]。

表1 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方法對(duì)比

1.2 綜合超前地質(zhì)預(yù)報(bào)實(shí)施方案

公路工程是典型的線狀工程，逢山打洞，遇水架橋，地形地質(zhì)條件復(fù)雜，尤其是我國西部山區(qū)，地層巖性變化大，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，不良地質(zhì)體多樣化。公路隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的重點(diǎn)主要包括斷層、破碎帶、巖溶、地下暗河、長大節(jié)理、煤系地層等不良地質(zhì)體[23]。不同地質(zhì)缺陷反映的物性特征差異較大，適用的預(yù)報(bào)方法各不相同，采用綜合方法開展超前地質(zhì)預(yù)報(bào)是提高探測精度的最佳手段之一。

本文中提出以地質(zhì)物探相結(jié)合、洞內(nèi)外相結(jié)合、長短距離預(yù)報(bào)相結(jié)合、定性定量相結(jié)合、不同物性參數(shù)互補(bǔ)為原則的公路隧道綜合超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方法。綜合地質(zhì)調(diào)查法、地質(zhì)素描法、TSP地震波反射法、地質(zhì)雷達(dá)法等，進(jìn)行多角度、多方位、多參數(shù)綜合預(yù)報(bào)隧道掌子面前方地質(zhì)情況。圖1所示為綜合超前地質(zhì)預(yù)報(bào)實(shí)施方案流程。

地質(zhì)分析法是基礎(chǔ)，包括施工前的區(qū)域地質(zhì)調(diào)查、施工中的掌子面地質(zhì)素描等。地質(zhì)素描通過對(duì)掌子面地層巖性、巖體硬度、完整性，節(jié)理裂隙發(fā)育情況、掌子面滲漏水情況等進(jìn)行描述，為隧道圍巖分級(jí)提供參考。根據(jù)前期地質(zhì)調(diào)查和掌子面地質(zhì)素描情況，對(duì)于巖溶發(fā)育區(qū)、富水?dāng)鄬訋?、煤層瓦斯區(qū)等地質(zhì)條件復(fù)雜、重大物探異常地段，應(yīng)開展超前水平鉆探，獲取地層巖性、地下水、巖體可鉆性等資料。超前鉆探法是一種直接預(yù)報(bào)方法，預(yù)報(bào)距離達(dá)30～60 m。

圖1 綜合超前地質(zhì)預(yù)報(bào)實(shí)施方案流程

地球物理預(yù)報(bào)法中的地震波反射法通過分析隧道反射波特征，預(yù)報(bào)掌子面前方不良地質(zhì)體的規(guī)模、隧道軸線相交的產(chǎn)狀和方位信息；計(jì)算巖層地震波速值、泊松比、楊氏彈性模量等巖石物理力學(xué)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)定量超前地質(zhì)預(yù)報(bào)。地震波反射法主要用于探測軟弱構(gòu)造帶、斷層破碎帶、溶洞等力學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化的不良地質(zhì)體。主要依據(jù)反射振幅強(qiáng)度判斷巖性強(qiáng)度，反射振幅越大，表明波阻抗差別越大；波形正反射振幅指向前方為硬巖層，波形負(fù)反射振幅顯示軟弱巖層；正、負(fù)反射組合預(yù)測該位置可能有斷裂發(fā)育。橫波速度減小或縱、橫波速度比增大顯示破碎巖層含水量增大；縱波速度減小，則巖層孔隙度增大，可能存在斷層等不連續(xù)面。

基于以地震波反射法為代表的長距離預(yù)報(bào)結(jié)果，開展短距離精細(xì)預(yù)報(bào)，進(jìn)一步提高預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性。該階段主要采用以地質(zhì)雷達(dá)法為代表的電磁類預(yù)報(bào)方法，即基于不良地質(zhì)體與圍巖介質(zhì)間的介電常數(shù)、導(dǎo)電性差異開展預(yù)報(bào)工作。地質(zhì)雷達(dá)法主要基于巖層的介電常數(shù)差異，含水性是影響巖石介電常數(shù)的主要因素之一，介電常數(shù)與含水率的關(guān)系為

ε=(1-θ)εmr+wεwr+(θ-w)ε0，

(1)

式中：ε為巖石介電常數(shù)；θ為巖石孔隙度；εmr為巖石相對(duì)介電常數(shù)；w為含水率；εwr為水相對(duì)介電常數(shù)；ε0為空氣相對(duì)介電常數(shù)。式(1)表明，巖石介電常數(shù)與含水率呈正相關(guān)。

圖2所示為室內(nèi)試驗(yàn)實(shí)測的某巖體介電常數(shù)隨含水率的變化。由圖可知，巖體介電常數(shù)與含水率呈線性正相關(guān)，巖體含水量越大，介電常數(shù)越大。由此可知，電磁法對(duì)預(yù)報(bào)隧道巖體含水性更敏感，效果更佳。

圖2 某巖石介電常數(shù)與含水率的關(guān)系

地質(zhì)雷達(dá)法通過分析電磁波振幅、頻率及波形同相軸等信息，結(jié)合現(xiàn)場環(huán)境，預(yù)報(bào)隧道不良地質(zhì)體規(guī)模、分布情況等。當(dāng)巖體含水量增大，電磁反射波振幅增強(qiáng)，雷達(dá)反射信號(hào)明顯。地質(zhì)雷達(dá)法預(yù)報(bào)距離較短，僅為20～30 m，對(duì)掌子面前方充水溶洞、富水?dāng)鄬?、暗河等不良地質(zhì)體預(yù)報(bào)效果較好。含水溶洞雷達(dá)波形圖通常表現(xiàn)為位于斷續(xù)延伸的結(jié)構(gòu)面波形同相軸上的“亮點(diǎn)”特征。含水結(jié)構(gòu)面雷達(dá)波形圖表現(xiàn)為斷續(xù)延伸，在結(jié)構(gòu)面處波形強(qiáng)度有明顯增大或增寬的“亮線”特征。

綜上，公路隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)應(yīng)以地質(zhì)調(diào)查為基礎(chǔ)，以物探地質(zhì)相結(jié)合、洞內(nèi)外結(jié)合、長短距離預(yù)報(bào)相結(jié)合、不同參數(shù)互補(bǔ)、定性定量預(yù)報(bào)相結(jié)合為原則，綜合采用地質(zhì)法、物探法、超前鉆探法、觀測及監(jiān)測等方法開展預(yù)報(bào)工作。

2 工程應(yīng)用

2.1 工程概況及地質(zhì)分析

某高速公路隧道前期地質(zhì)調(diào)查結(jié)果顯示，該區(qū)域主要為第四系殘坡積土層，侏羅系下段火山碎屑巖。殘坡積層主要在山體斜坡上，侏羅系兜嶺統(tǒng)上段主要為凝灰?guī)r、流紋斑巖等火山巖，局部夾雜砂巖。地質(zhì)調(diào)查階段采用大地電磁測深法對(duì)該區(qū)地質(zhì)構(gòu)造進(jìn)行探測，結(jié)果如圖3(a)所示，研究區(qū)內(nèi)褶皺、斷層等地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育，斷層段內(nèi)巖體較破碎，節(jié)理裂隙較發(fā)育。根據(jù)水文地質(zhì)先驗(yàn)資料，該區(qū)導(dǎo)水性較好，地下水較豐富。隧道開挖容易出現(xiàn)滲水、突涌水問題，施工時(shí)應(yīng)加強(qiáng)地下水位觀測，提前疏干，降低地下水位。

(a)大地電磁探測結(jié)果(b)掌子面地質(zhì)素描圖3 地勘階段大地電磁探測結(jié)果與掌子面地質(zhì)素描

隧道施工由大里程向小里程前進(jìn)，圖3(b)所示為開挖至隧道施工里程為972 m的隧道掌子面，地質(zhì)素描情況如下：凝灰?guī)r、灰色、弱風(fēng)化；巖體較完整；全斷面開挖；錘擊聲較清脆，錘擊有輕微回彈，稍震手，較難擊碎，為硬巖，設(shè)計(jì)的圍巖級(jí)別為Ⅲ級(jí)。

2.2 TSP地震波反射法預(yù)報(bào)

采用TSP地震波反射法對(duì)該高速公路隧道施工里程為972～830 m的段進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，激發(fā)炮數(shù)為24，炮點(diǎn)距為1.5 m，采樣間隔為62.5 μs，記錄長度為904.188 ms。激發(fā)地震波時(shí)，采用防水乳化炸藥，用藥質(zhì)量為100 g。圖4所示為采集到的24炮地震記錄及濾波后的地震記錄。從圖中可以看出，濾波后數(shù)據(jù)信噪比明顯增大。

通過數(shù)據(jù)處理，可獲得工區(qū)內(nèi)隧道掌子面前方的巖石物性參數(shù)，TSP探測結(jié)果解釋以縱波資料為主。本試驗(yàn)測得的隧道圍巖縱波速度變化范圍為4 760～4 870 m/s，縱、橫波速度比為1.72～1.76，密度為2.57～2.6 g/cm3，楊氏彈性模量為51～54 GPa。根據(jù)隧道圍巖力學(xué)參數(shù)值和圍巖結(jié)構(gòu)面情況，建議隧道施工里程為972～830 m的段內(nèi)圍巖級(jí)別為Ⅲ級(jí)。

(a)濾波前地震記錄(b)濾波后地震記錄圖4 濾波前、 后隧洞超前預(yù)報(bào)地震波形圖

通過巖層劃分，結(jié)合橫波速度、密度和楊氏彈性模量等巖體力學(xué)參數(shù)對(duì)成果圖進(jìn)行解釋。圖5所示為該隧道TSP偏移成像圖、巖石物性參數(shù)曲線和TSP二維預(yù)報(bào)結(jié)果。

(a)縱波偏移結(jié)果(b)橫波偏移結(jié)果(c)巖石力學(xué)參數(shù)曲線(d)預(yù)報(bào)結(jié)果二維視圖圖5 隧道地震波超前預(yù)報(bào)結(jié)果

從圖5(a)、(b)中可以看出，紅色框框出的隧道施工里程為949～929 m的段內(nèi)縱波能量較強(qiáng)，橫波能量較弱，并且多為負(fù)反射。從圖5(c)中可以看出，該段里程范圍內(nèi)橫波速度減小，縱、橫波速度比明顯增大，密度和楊氏彈性模量明顯減小，因此推斷該段內(nèi)裂隙水發(fā)育。從圖5(c)、(d)中可以看出，該范圍內(nèi)巖體整體性狀較好，巖體較完整，局部較破碎。節(jié)理裂隙較發(fā)育區(qū)域分別為隧道施工里程是959～949、929～917、869～859、850～838 m。建議施工過程中對(duì)潛在不良地質(zhì)體加強(qiáng)安全防護(hù)工作和排防水工作，避免突水、局部掉塊、局部坍塌等危險(xiǎn)。

2.3 地質(zhì)雷達(dá)法預(yù)報(bào)

利用地質(zhì)雷達(dá)法在隧道施工里程為951 m處進(jìn)一步預(yù)報(bào)掌子面前方地質(zhì)情況，地質(zhì)雷達(dá)中心頻率為100 MHz的地面耦合型天線。測點(diǎn)間距為0.2 m，記錄時(shí)窗為720 ns，64次疊加。

圖6所示為掌子面隧道施工里程為951 m處的地質(zhì)雷達(dá)剖面圖。由圖可知，沿隧道掌子面施工前進(jìn)方向3～8 m，即隧道施工里程為948～943 m，地質(zhì)雷達(dá)沿測線方向0～4 m范圍內(nèi)，同相軸彎曲呈弧形，且弧形內(nèi)部同相軸連續(xù)性較差，波形較細(xì)小，推斷該范圍可能為破碎帶發(fā)育區(qū)域，裂隙水發(fā)育。隧道掌子面施工前進(jìn)方向11～14 m(隧道里程為940～937 m)范圍內(nèi)，同相軸連續(xù)性差，并且發(fā)生同相軸的錯(cuò)段，推斷該段內(nèi)節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖體相對(duì)較破碎，裂隙水發(fā)育。隧道掌子面施工前進(jìn)方向14～22 m(隧道里程為937～929 m)范圍內(nèi)，電磁波能量較強(qiáng)，頻率變高，視波長變短，同相軸連續(xù)性較好，推斷該范圍內(nèi)巖體較完整，局部較破碎，裂隙水較發(fā)育。在隧道掌子面施工前進(jìn)方向22～30 m(隧道里程為929～921 m)范圍內(nèi)，電磁波能量迅速衰減變?nèi)酰茢嘣摲秶鷥?nèi)巖體較完整，局部較破碎。

2.4 綜合預(yù)報(bào)與開挖驗(yàn)證

通過結(jié)合該高速公路前期地質(zhì)工程調(diào)查資料，該隧道區(qū)圍巖主要為凝灰?guī)r，局部夾雜砂巖，節(jié)理裂隙發(fā)育，地下裂隙水較豐富，隧道開挖過程中有可能出現(xiàn)滲水、突涌水。對(duì)于工程地質(zhì)調(diào)查法確定的可能存在溶洞等地質(zhì)災(zāi)害區(qū)域，采用TSP法進(jìn)行超前預(yù)報(bào)，結(jié)果顯示，隧道施工里程為949～929 m的段內(nèi)極有可能發(fā)育裂隙水或含水充填型溶洞。對(duì)于TSP法預(yù)報(bào)異常段，采用地質(zhì)雷達(dá)法補(bǔ)充詳探，結(jié)果顯示： 隧道施工里程為948～943 m范圍內(nèi)是破碎帶發(fā)育區(qū)域，裂隙水發(fā)育；隧道施工里程為940～937 m范圍內(nèi)節(jié)理裂隙發(fā)育，裂隙水發(fā)育；隧道施工里程為937～929 m范圍內(nèi)，巖體較完整，局部較破碎，裂隙水相對(duì)較發(fā)育。

圖6 掌子面隧道施工里程為951 m處的地質(zhì)雷達(dá)剖面圖

采用地質(zhì)調(diào)查法、掌子面地質(zhì)素描法、TSP地震波反射法和地質(zhì)雷達(dá)探測法相結(jié)合的方法進(jìn)行綜合超前預(yù)報(bào)，成功探測出隧道施工里程為949～929 m范圍內(nèi)大型裂隙水發(fā)育地段。實(shí)際施工開挖至該區(qū)段的掌子面圍巖存在明顯大量的突水現(xiàn)象，如圖7所示。針對(duì)探測結(jié)果，提前采取有效支護(hù)措施，成功防止突水、突泥、塌方等地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生。

圖7 實(shí)際開挖裂隙水滲出圖

3 結(jié)論

在對(duì)比分析不同超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方法特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，本文中提出以地質(zhì)分析與物探技術(shù)相結(jié)合、洞內(nèi)外相結(jié)合、長短距離預(yù)報(bào)相結(jié)合、定性定量相結(jié)合以及多種物性參數(shù)互補(bǔ)的公路隧道綜合超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方法。通過方法對(duì)比分析得出以下結(jié)論：

1)工程地質(zhì)調(diào)查通過物探、地質(zhì)分析等手段，可定性查明隧址區(qū)地形、巖性和地質(zhì)構(gòu)造特征，宏觀預(yù)測隧道可能發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害。掌子面地質(zhì)素描法根據(jù)掌子面揭露的巖體結(jié)構(gòu)面特征，直觀高效推斷施工前方短距離內(nèi)巖性延伸情況。

2)地震波反射法主要用于長距離預(yù)報(bào)，預(yù)報(bào)距離可達(dá)200 m。主要根據(jù)反射波波形、成像結(jié)果、巖石物理力學(xué)參數(shù)變化規(guī)律等預(yù)報(bào)軟弱構(gòu)造帶、斷層破碎帶、溶洞等力學(xué)性質(zhì)變化的不良地質(zhì)體。

3)地質(zhì)雷達(dá)法主要用于短距離探測含水不良地質(zhì)體，預(yù)報(bào)距離為30 m以內(nèi)。通過分析雷達(dá)反射波的振幅、頻率、波形同相軸等，預(yù)報(bào)不良地質(zhì)體的分布規(guī)模。對(duì)于含水溶洞或結(jié)構(gòu)面，雷達(dá)波形同相軸表現(xiàn)為 “亮點(diǎn)”和“亮線”特征。

4)以某高速公路隧道超前預(yù)報(bào)為例，綜合采用工程地質(zhì)調(diào)查法、掌子面地質(zhì)素描法、TSP地震波反射法和地質(zhì)雷達(dá)法，確定不良地質(zhì)體類型、分布范圍、產(chǎn)狀等特征，成功預(yù)報(bào)了隧道施工里程為949～929 m范圍內(nèi)大型裂隙水發(fā)育區(qū)域，為隧道施工支護(hù)提供參考依據(jù)。

5)公路隧道綜合超前預(yù)報(bào)技術(shù)以地質(zhì)分析為基礎(chǔ)，充分發(fā)揮了TSP地震波反射法和地質(zhì)雷達(dá)法優(yōu)勢，利用反映異常體相同特性的不同方法進(jìn)行綜合解釋，最大限度地消除異常求解的非唯一性，實(shí)現(xiàn)了不同尺度、方式預(yù)報(bào)相結(jié)合，重點(diǎn)突出目標(biāo)區(qū)段，大幅提高預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性。研究成果可為同類公路隧道工程施工建設(shè)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作提供參考和借鑒。