隧道綜合超前預(yù)報(bào)效果及其影響因素分析

牟元存,曹 強(qiáng),高樹(shù)全,劉 博

(1.中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，四川 成都 610031;2.中國(guó)地球物理學(xué)會(huì) 中鐵二院院士專(zhuān)家工作站，四川 成都 610031)

1 引 言

隧道施工過(guò)程中的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)由來(lái)已久，國(guó)外如英、法、日、德等國(guó)均將此列為隧道工程建設(shè)的重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容。在我國(guó)，隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的研究始于20世紀(jì)50年代末，但真正應(yīng)用于隧道工程(或其他地下工程)建設(shè)是在20世紀(jì)70年代。

20世紀(jì)50年代，川黔鐵路涼風(fēng)埡隧道施工設(shè)計(jì)配合組地質(zhì)工程師陳成宗先生根據(jù)隧道施工掌子面地質(zhì)情況，開(kāi)展了對(duì)隧道開(kāi)挖工作面前方地質(zhì)情況的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)。20世紀(jì)70年代，我國(guó)工程地質(zhì)界老前輩谷德振教授等根據(jù)礦巷施工進(jìn)度和開(kāi)挖工作面性狀做出的礦巷前方將遇到斷層并將引發(fā)塌方的成功預(yù)報(bào)為序，真正開(kāi)始了我國(guó)隧道施工期地質(zhì)超前預(yù)報(bào)的研究和應(yīng)用。20世紀(jì)80年代，我國(guó)提出用物探方法對(duì)隧道進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，針對(duì)大瑤山隧道可能出現(xiàn)巖溶水問(wèn)題開(kāi)展工作。在20世紀(jì)80年代初大瑤山隧道施工中，為能順利通過(guò)9號(hào)斷層,原鐵道部組織了設(shè)計(jì)、施工、科研力量,開(kāi)展施工階段地質(zhì)預(yù)報(bào)。課題分前期準(zhǔn)備、施工地質(zhì)勘測(cè)、信息反饋、施工驗(yàn)證四個(gè)主要步驟，根據(jù)地質(zhì)背景，確立地質(zhì)構(gòu)造型式，建立具體的斷層構(gòu)造標(biāo)志，以地質(zhì)觀測(cè)和類(lèi)比為主要手段。在關(guān)鍵地段，有針對(duì)性地選用聲波、地震、鉆探、量測(cè)等各種方法進(jìn)行施工地質(zhì)預(yù)報(bào)。該項(xiàng)工作發(fā)揮了一定的應(yīng)用價(jià)值，取得了一定成效。20世紀(jì)80年代，以中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)所為主,在軍都山隧道斷層破碎帶地段有重點(diǎn)地開(kāi)展超前地質(zhì)預(yù)報(bào),也是以地質(zhì)觀測(cè)為基礎(chǔ)，適當(dāng)應(yīng)用巖石鉆進(jìn)速度測(cè)定儀等其他手段的數(shù)據(jù)輔助判斷和解釋?zhuān)瑢?duì)施工起到了指導(dǎo)作用。以上兩項(xiàng)研究,為進(jìn)一步開(kāi)展研究工作奠定了基礎(chǔ)。20世紀(jì)80年代中后期，我國(guó)才開(kāi)始真正使用“隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)”這個(gè)專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)。20世紀(jì)80年代末期，為了提高超前地質(zhì)預(yù)報(bào)效果，多位學(xué)者進(jìn)行了隧道施工超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的研究和試驗(yàn)工作。大瑤山隧道中采用的單孔和跨孔聲波探測(cè)，是國(guó)內(nèi)首次采用物探方法進(jìn)行隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)。鐵道部第四勘測(cè)設(shè)計(jì)院的吳治生在南嶺隧道中，利用地表地質(zhì)資料輔助洞內(nèi)超前鉆探，并首次采用炮眼超前探測(cè)巖溶。這些研究與試驗(yàn)取得了一些成功的經(jīng)驗(yàn)，但是由于隧道內(nèi)可供觀測(cè)的空間位置有限、觀測(cè)方案受到限制，地質(zhì)資料精細(xì)度不足，鉆孔或?qū)Ф促Y料較少等原因，要準(zhǔn)確預(yù)報(bào)難度依然很大。

1990年8月,經(jīng)鐵道部科技司批準(zhǔn)，多個(gè)單位聯(lián)合承擔(dān)《隧道開(kāi)挖工作面前方不良地質(zhì)預(yù)報(bào)》課題，鐵一院承擔(dān)地震反射法(負(fù)視速度法)研究、鐵科院鐵建所承擔(dān)地震高頻反射法(小偏移距單點(diǎn)剖面法)研究、鐵科院西南分院承擔(dān)水平聲波剖面法研究、中鐵物探中心承擔(dān)地質(zhì)雷達(dá)法研究、北方交大承擔(dān)CT 技術(shù)應(yīng)用研究。通過(guò)該項(xiàng)工作，研究出了一套適合施工開(kāi)挖面前方綜合預(yù)報(bào)技術(shù)及相應(yīng)設(shè)備。

在前期各科研院所大量研究及實(shí)踐摸索的基礎(chǔ)上，鐵總自2002年起相繼制定了一系列有關(guān)鐵路隧道風(fēng)險(xiǎn)管理的規(guī)范[1，2]、規(guī)程[3]、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)[4]和規(guī)定，逐漸形成了我國(guó)鐵路隧道安全風(fēng)險(xiǎn)管理體系，提出了風(fēng)險(xiǎn)可防可控的管理理念，為鐵路建設(shè)安全管理指明了方向，強(qiáng)化了風(fēng)險(xiǎn)防控措施的落實(shí)。

2 設(shè)計(jì)階段的預(yù)報(bào)工作

根據(jù)國(guó)家鐵路局《鐵路建設(shè)項(xiàng)目預(yù)可行性研究、可行性研究和設(shè)計(jì)文件編制辦法》(TB10504-2018),在初步設(shè)計(jì)和施工圖階段，均需編制隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)設(shè)計(jì)文件。

設(shè)計(jì)階段超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方案的編制緊密依靠既有的勘察資料開(kāi)展，編制依據(jù)主要有既有的勘察資料、隧道平縱斷面圖和各現(xiàn)行有效的規(guī)程規(guī)范。主要的考慮因素有地勘報(bào)告中的主要不良地質(zhì)情況、地層巖性、構(gòu)造、地表水系分布、排泄基準(zhǔn)面、地表負(fù)地形、地表溶蝕漏斗等發(fā)育段落、第三方構(gòu)筑物(地表、地下)、有無(wú)有毒有害氣體、高地應(yīng)力、高地溫、可溶巖與非可溶巖交界帶、淺埋段落、地表物探成果、特殊巖土等內(nèi)容，而后根據(jù)地質(zhì)復(fù)雜程度分級(jí)，就隧道施工可能遇見(jiàn)的不良地質(zhì)災(zāi)害類(lèi)型及目前預(yù)報(bào)手段中各方法的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行合理搭配，并根據(jù)隧道施工方法明確可具操作性的綜合預(yù)報(bào)措施。

設(shè)計(jì)階段隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的目的是進(jìn)行隧道施工地質(zhì)復(fù)雜程度分級(jí)，明確隧道的重點(diǎn)段落，分析研判可能出現(xiàn)的不良地質(zhì)災(zāi)害類(lèi)型，根據(jù)隧道施工方法及不良地質(zhì)類(lèi)型選擇對(duì)應(yīng)的預(yù)報(bào)措施，最終編制設(shè)計(jì)說(shuō)明和圖紙等相關(guān)文件，羅列工程數(shù)量并納入預(yù)算。

3 實(shí)施階段的預(yù)報(bào)工作

實(shí)施階段，目前高、極高風(fēng)險(xiǎn)隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作由設(shè)計(jì)單位負(fù)責(zé)組織實(shí)施，其超前地質(zhì)預(yù)報(bào)實(shí)施細(xì)則由設(shè)計(jì)單位負(fù)責(zé)編制完成，其他風(fēng)險(xiǎn)隧道的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作責(zé)任主體為施工單位，由施工單位負(fù)責(zé)編制完成隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)實(shí)施細(xì)則。細(xì)則編制完成應(yīng)根據(jù)建設(shè)單位管理辦法進(jìn)行審批，最終的預(yù)報(bào)實(shí)施按審批后的實(shí)施細(xì)則開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)工作，預(yù)報(bào)單位按規(guī)定的方法、頻次及搭接長(zhǎng)度進(jìn)行控制。各單項(xiàng)預(yù)報(bào)工作結(jié)束，應(yīng)結(jié)合地質(zhì)情況及各單項(xiàng)預(yù)報(bào)成果進(jìn)行綜合分析，并編制完成綜合分析成果報(bào)告，依據(jù)綜合預(yù)報(bào)成果開(kāi)展變更設(shè)計(jì)。相關(guān)資料需按要求上傳信息化平臺(tái)，并最終編制竣工總報(bào)告。

隧道施工過(guò)程中，當(dāng)發(fā)現(xiàn)開(kāi)挖情況與原設(shè)計(jì)地質(zhì)情況出入較大時(shí)，應(yīng)及時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)整預(yù)報(bào)措施。

4 預(yù)報(bào)工作中的成功案例

從多年來(lái)的從業(yè)經(jīng)歷及研究成果[5-8]，超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作已經(jīng)積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)[9-12]，取得了很多成功的案例[13-17]，這方面相關(guān)的文獻(xiàn)[18-21]也很多，限于篇幅在此不再一一詳細(xì)羅列，下面僅就一些典型的預(yù)報(bào)案例進(jìn)行展示。

4.1 物探法案例

4.1.1 TSP案例

選取云桂鐵路(廣西段)非可溶巖和可溶巖兩個(gè)不同的隧道為例，TSP預(yù)報(bào)成果分別如下：

首先以某非可溶巖隧道為例。本次預(yù)報(bào)范圍內(nèi)地層巖性為砂泥巖，隧道埋深約200 m，區(qū)內(nèi)褶皺發(fā)育。預(yù)報(bào)時(shí)觀測(cè)系統(tǒng)布置具體為：在隧道DK274+420的左邊墻和右邊墻位置分別布置一個(gè)地震波信息接收孔，孔徑為50 mm。在DK274+434～DK274+461段的左邊墻位置，按約1.4 m 的間距布置20個(gè)激發(fā)孔分別激發(fā)地震波，激發(fā)孔孔深1.5 m左右，孔徑約45 mm，孔向下傾斜約15°，每個(gè)激發(fā)孔裝填的藥量為66 g。激發(fā)孔和接收孔基本保持在同一個(gè)高度上。預(yù)報(bào)該隧道DK274+463～+580段的TSP預(yù)報(bào)成果如圖1所示。

圖1 某非可溶巖隧道TSP預(yù)報(bào)案例Fig.1 A case of TSP in insoluble rock tunnel

TSP預(yù)報(bào)結(jié)果顯示DK274+480～+520段反射界面密集，尤其DK274+500～+510段以負(fù)反射為主。預(yù)報(bào)反射界面密集段落其速度、泊松比和楊氏模量等指標(biāo)呈鋸齒狀波動(dòng)，表明該段圍巖軟弱破碎。通過(guò)TSP預(yù)報(bào)，提醒該段發(fā)生坍塌的風(fēng)險(xiǎn)極高，施工需注意加強(qiáng)支護(hù)措施防止坍塌。施工期間，該段曾發(fā)生較大規(guī)模的坍塌，但因提前預(yù)警，施工單位采取應(yīng)急措施得當(dāng)，未有人員傷亡的情況發(fā)生。

又以某可溶巖隧道為例，本次預(yù)報(bào)范圍內(nèi)地層巖性為灰?guī)r，預(yù)報(bào)范圍內(nèi)隧道埋深約100 m。預(yù)報(bào)時(shí)觀測(cè)系統(tǒng)布置具體為：在隧道DK125+416的左邊墻和右邊墻位置分別布置一個(gè)地震波信息接收孔，孔徑為50 mm。在DK125+430～DK125+464段的右邊墻位置，按約1.8 m的間距布置20個(gè)激發(fā)孔分別激發(fā)地震波，激發(fā)孔孔深1.5 m左右，孔徑約45 mm，孔向下傾斜約15°，每個(gè)激發(fā)孔裝填的藥量為66 g。激發(fā)孔和接收孔基本保持在同一個(gè)高度上。該隧道DK125+470～+580段的預(yù)報(bào)案例見(jiàn)圖2所示。

圖2 某可溶巖隧道TSP預(yù)報(bào)案例Fig.2 A case of TSP in soluble rock tunnel

預(yù)報(bào)結(jié)果顯示，其中的DK125+486～+491 段反射界面密集，強(qiáng)度指標(biāo)降低，泊松比指標(biāo)上升，速度圖上呈低速，為典型的溶洞異常反映。后續(xù)施工在DK125+484處開(kāi)挖揭示一較大規(guī)模的溶洞，現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)挖揭示的溶洞如圖3所示。

圖3 DK125+484溶洞現(xiàn)場(chǎng)Fig.3 DK125+484 karst cave site

通過(guò)以上兩個(gè)案例可見(jiàn)，TSP法可以對(duì)巖溶、節(jié)理裂隙密集帶等進(jìn)行宏觀預(yù)報(bào)。在對(duì)巖溶的預(yù)報(bào)中，該方法能夠完全準(zhǔn)確地進(jìn)行預(yù)報(bào)或者該方法完全不能預(yù)報(bào)巖溶的說(shuō)法均過(guò)于極端，這兩種說(shuō)法都是不成立的。但當(dāng)單純采用TSP法進(jìn)行預(yù)報(bào)確實(shí)有漏報(bào)的風(fēng)險(xiǎn)，具體原因詳見(jiàn)后面闡述。

4.1.2 地質(zhì)雷達(dá)法案例

地質(zhì)雷達(dá)法預(yù)報(bào)精度高，但預(yù)報(bào)距離短，該方法尤其在可溶巖地區(qū)對(duì)巖溶的預(yù)報(bào)效果很好。

選取幾個(gè)典型的預(yù)報(bào)案例如圖4所示，圖4(a)～圖4(d) 為典型的巖溶探測(cè)圖像特征；圖4(e)中最下方的標(biāo)準(zhǔn)反射弧經(jīng)速度擬合計(jì)算為空氣中的電磁波波速30 cm/ns，故為來(lái)自空氣中掌子面后方臺(tái)車(chē)干擾信號(hào)的反映而不是真實(shí)的地質(zhì)異常體；圖4(f)為兩個(gè)掌子面貫通之前的預(yù)報(bào)成果，資料上可見(jiàn)對(duì)面掌子面的電磁波反射信號(hào)。

圖4 地質(zhì)雷達(dá)法預(yù)報(bào)典型案例Fig.4 Several typical cases of ground penetrating radar

4.1.3 瞬變電磁法案例

瞬變電磁法預(yù)報(bào)具有對(duì)低阻體反映敏感的特性，利用其特性可用于地下水的預(yù)報(bào)。本次采用YCS-2000A型瞬變電磁儀，該隧道預(yù)報(bào)時(shí)掌子面里程為PDK301+561.8,線(xiàn)框采用中心回線(xiàn)裝置布置在距掌子面3 m處(PDK301+558.8)，分別開(kāi)展了4個(gè)剖面的掃描，分別為掌子面斜向下30°、水平方向、斜向上30°和掌子面中央垂直方向。預(yù)報(bào)成果如圖5所示，在成果圖中可見(jiàn)PDK301+573.8～+613.8段(測(cè)線(xiàn)位置前方15～55 m)存在相對(duì)低阻異常，預(yù)報(bào)該段圍巖含水。經(jīng)打鉆驗(yàn)證，PDK301+576～+619段地下水豐富，具承壓性，個(gè)別鉆孔內(nèi)地下水呈高壓噴出。

圖5 瞬變電磁法預(yù)報(bào)典型案例Fig.5 A typical cases of TEM

采用瞬變電磁法進(jìn)行預(yù)報(bào)，有水的段落為低阻反映，但是資料為低阻反映的未必由地下水引起，如存在其他金屬礦物等，也會(huì)是低阻的反映，且目前該方法容易受現(xiàn)場(chǎng)各種干擾，有時(shí)導(dǎo)致假異常較多，影響最終結(jié)果的判釋。

4.2 鉆探法案例

鉆探法的如實(shí)施做和有效落實(shí)，是對(duì)地質(zhì)異常體最直觀有效的預(yù)報(bào)方式之一(圖6)。加深炮孔法孔數(shù)眾多，現(xiàn)場(chǎng)施做方便，尤其對(duì)巖溶等異常預(yù)報(bào)效果好。水平鉆可對(duì)前方較大規(guī)模的異常，尤其面狀異常體進(jìn)行有效探測(cè)，但對(duì)巖溶等三維空間異常體則有漏報(bào)的風(fēng)險(xiǎn)。故鉆探法中，根據(jù)地質(zhì)復(fù)雜程度及地質(zhì)災(zāi)害類(lèi)型，有些段落根據(jù)規(guī)程規(guī)范需同時(shí)搭配超前水平鉆和加深炮孔兩種鉆探方法。鉆孔遇地下水的影像資料如圖6所示。

圖6 加深炮孔和水平鉆鉆孔出水Fig.6 Water inrush in drilling hole

5 失敗案例中的影響因素分析

前面談及許多預(yù)報(bào)成功的案例，但實(shí)際生產(chǎn)中，漏報(bào)的情況依舊偶有發(fā)生，很難做到預(yù)報(bào)效果百分百的保證。影響預(yù)報(bào)效果的主要因素具體有以下一些原因。地勘精度、預(yù)報(bào)原始數(shù)據(jù)質(zhì)量、人員的技術(shù)水平、方法本身的局限性、物探結(jié)論的多解性、掌子面里程的準(zhǔn)確性、特殊巖土、其他不可抗因素等。

5.1 地勘精度

地勘精度方面，影響預(yù)報(bào)效果的主要因素為地層巖性方面的偏差。因地下情況確實(shí)復(fù)雜多變，有時(shí)候地層巖性的勘察出現(xiàn)偏差會(huì)影響后期預(yù)報(bào)的工作質(zhì)量。因地層巖性的原因，在設(shè)計(jì)階段是基于已經(jīng)掌握既有的勘測(cè)資料的基礎(chǔ)上展開(kāi)，預(yù)報(bào)工作具體實(shí)施過(guò)程中，物探法捕捉的也只是一個(gè)異常信號(hào)的反映，對(duì)該異常信號(hào)的資料解譯是基于正確認(rèn)識(shí)地層巖性的基礎(chǔ)上進(jìn)行的判斷和解釋。例如，同一個(gè)異常，當(dāng)放在非可溶巖中考慮，則不可能解譯為巖溶等異常，但在可溶巖地區(qū)，則需重點(diǎn)考慮是否存在巖溶類(lèi)異常。故施工過(guò)程中，如果前方地層巖性發(fā)生了突然變化，有侵入巖存在或勘察中發(fā)現(xiàn)的可溶巖段落在里程位置上突然提前出現(xiàn)，則單純地依靠物探資料，解譯方面必然會(huì)產(chǎn)生較大的偏差。此時(shí)超前預(yù)報(bào)的應(yīng)對(duì)措施方面，更應(yīng)注重物探與鉆探相結(jié)合，在臨近可溶巖段落前，宜盡早開(kāi)展水平鉆工作對(duì)前方地層巖性變化情況進(jìn)行核實(shí)，注重超前地質(zhì)預(yù)報(bào)成果的綜合分析與研判。

5.2 預(yù)報(bào)原始數(shù)據(jù)質(zhì)量

物探法方面，采集到好的原始數(shù)據(jù)對(duì)后期的準(zhǔn)確預(yù)報(bào)至關(guān)重要。數(shù)據(jù)采集質(zhì)量應(yīng)符合規(guī)程規(guī)范的要求。原始數(shù)據(jù)質(zhì)量不合格的，嚴(yán)禁進(jìn)入數(shù)據(jù)處理環(huán)節(jié)，必須查找原因進(jìn)行復(fù)測(cè)。

5.3 人員的技術(shù)水平

超前預(yù)報(bào)工作中，無(wú)論地質(zhì)調(diào)查法、物探法還是鉆探法，人員的技術(shù)水平至關(guān)重要。有責(zé)任心，經(jīng)驗(yàn)豐富的從業(yè)者在對(duì)數(shù)學(xué)物理意義的認(rèn)識(shí)、儀器操作經(jīng)驗(yàn)、地質(zhì)與物性參數(shù)的密切結(jié)合方面很有優(yōu)勢(shì)，在預(yù)報(bào)質(zhì)量方面的準(zhǔn)確率明顯較高。另外，在項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中，項(xiàng)目負(fù)責(zé)人對(duì)隧道開(kāi)挖過(guò)程中揭示的地質(zhì)情況較為熟悉，有著深刻的認(rèn)識(shí)，故實(shí)施過(guò)程中不宜輕易調(diào)換項(xiàng)目負(fù)責(zé)人。

5.4 方法本身的局限性

目前的隧道超前預(yù)報(bào)工作之所以采用綜合預(yù)報(bào)的模式，是因?yàn)楦鱾€(gè)方法均有其優(yōu)缺點(diǎn)，各單一的預(yù)報(bào)方法還存在一些局限性。

地質(zhì)雷達(dá)法，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)線(xiàn)通常只能夠布置在掌子面人員方便操作的高度位置上，其他部位的測(cè)線(xiàn)難以布置，且預(yù)報(bào)人員需到掌子面作業(yè)，掌子面圍巖的穩(wěn)定性對(duì)預(yù)報(bào)人員自身的安全構(gòu)成威脅。

采用TSP法探測(cè)，其對(duì)面狀不良地質(zhì)體的預(yù)報(bào)效果較巖溶的預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率高，且在面狀不良地質(zhì)體方面，物性差異越大，預(yù)報(bào)效果越好。但對(duì)巖溶方面的預(yù)報(bào)，不僅與巖溶的規(guī)模大小有關(guān)，還和巖溶的發(fā)育形態(tài)有關(guān)。有的地質(zhì)異常體迎頭面角度較為刁鉆，反射波提取時(shí)難以形成連續(xù)的同相軸，故反射界面難以提取出來(lái)，進(jìn)而容易導(dǎo)致漏報(bào)的情況發(fā)生。此時(shí)還應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注速度分析圖上是否有低速異常，并區(qū)分低速異常是否為失真的假異常。

另外，經(jīng)過(guò)科研方面數(shù)值模擬計(jì)算及大量實(shí)踐工作總結(jié)，發(fā)現(xiàn)TSP法的最大有效預(yù)報(bào)距離在120 m左右，若預(yù)報(bào)范圍內(nèi)圍巖完整性差，地質(zhì)情況復(fù)雜，則預(yù)報(bào)距離應(yīng)控制在100 m左右。同時(shí)在數(shù)值模擬計(jì)算中，模擬10 m寬的斷層破碎帶時(shí)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)10 m寬的單個(gè)斷層破碎帶分別位于掌子面前方50～60 m和100～110 m處時(shí)，該斷層破碎帶能被準(zhǔn)確地預(yù)報(bào)出來(lái)；當(dāng)同等規(guī)模的斷層破碎帶位于掌子面前方150～160 m時(shí)，受大地濾波及分辨率影響，該斷層破碎帶已經(jīng)不能被預(yù)報(bào)出來(lái)。用這種方法，同樣測(cè)試了5 m寬的斷層破碎帶，當(dāng)5 m寬的斷層破碎帶在掌子面前方100 m時(shí)，斷層能被準(zhǔn)確預(yù)報(bào)出來(lái)，當(dāng)5 m寬的斷層破碎帶在掌子面前方150 m時(shí)，已經(jīng)不能被有效分辨預(yù)報(bào)出來(lái)。巖溶方面，當(dāng)半徑為10 m的溶洞在125 m 附近時(shí)能夠被預(yù)報(bào)出來(lái)，但當(dāng)位于150 m時(shí)，已經(jīng)不能被預(yù)報(bào)出來(lái)。假設(shè)掌子面前方93～107 m和118～132 m存在前后兩個(gè)半徑均為7 m的溶洞，前面的第一個(gè)溶洞能夠被預(yù)報(bào)出來(lái)，但后續(xù)的第二個(gè)溶洞已經(jīng)不能預(yù)報(bào)。同樣，半徑為4 m的溶洞在100 m之內(nèi)時(shí)，能夠被預(yù)報(bào)出來(lái)，但當(dāng)溶洞在掌子面前方125 m附近時(shí)，已經(jīng)不能被預(yù)報(bào)出來(lái)。另外，對(duì)所建立模型的橢球體旋轉(zhuǎn)了90°，改變了預(yù)報(bào)異常地質(zhì)體迎頭面的大小，結(jié)果發(fā)現(xiàn)迎頭面減小后，預(yù)報(bào)效果不佳。這點(diǎn)也解釋了為何現(xiàn)場(chǎng)預(yù)報(bào)的數(shù)據(jù)對(duì)巖溶預(yù)報(bào)的難度較大。因?yàn)閹r溶的預(yù)報(bào)不僅和預(yù)報(bào)距離有關(guān)，還和巖溶的規(guī)模大小、形態(tài)等有關(guān)系。通過(guò)預(yù)報(bào)實(shí)踐，還發(fā)現(xiàn)在前后存在多個(gè)不良地質(zhì)體時(shí)，如果第一個(gè)異常規(guī)模較后面的大，則后面的第二個(gè)異常難以預(yù)報(bào)出來(lái)，但如果前面發(fā)育有巖溶，后面存在斷層等更大規(guī)模的異常體時(shí)，則這種條件下前后異常都可能被準(zhǔn)確預(yù)報(bào)。

瞬變電磁法方面，主要體現(xiàn)在有地下水的地方資料肯定有低阻的反映，但是低阻的反映不一定是由地下水引起，且該方法目前易受到現(xiàn)場(chǎng)施工各種鋼結(jié)構(gòu)、掌子面附近積水等干擾而產(chǎn)生假異常，對(duì)瞬變電磁法探水這方面的研究還需進(jìn)一步深化。

鉆探方面，從鉆孔數(shù)量而言，孔數(shù)越多預(yù)報(bào)的質(zhì)量肯定越高，但考慮現(xiàn)場(chǎng)的工期、資金等因素，水平鉆不可能施做得太多。采用水平鉆對(duì)面狀不良地質(zhì)體預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率高，但對(duì)巖溶方面的預(yù)報(bào)，則可能存在一孔之見(jiàn)，有發(fā)生漏報(bào)的風(fēng)險(xiǎn)。加深炮孔法因孔數(shù)較多，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施方便，落實(shí)好加深炮孔預(yù)報(bào)工作，可極大提高預(yù)報(bào)質(zhì)量。

5.5 物探成果的多解性

方法的多解性和局限性是兩個(gè)不同的概念。前面提及，物探法只是捕捉異常信號(hào)，從背景場(chǎng)中識(shí)別出異常信號(hào)而已。物探法發(fā)現(xiàn)的異常解譯為地質(zhì)異常時(shí)，有時(shí)存在多種可能性。預(yù)報(bào)工作的過(guò)程，就是抽絲剝繭，去偽存真，逐漸深化認(rèn)識(shí)的過(guò)程，針對(duì)物探法的多解性，還需要其他資料互相印證，如采用其他物探手段或鉆探法等進(jìn)行互為補(bǔ)充的印證。當(dāng)邊界條件足夠時(shí)，可排除其他可能性，最終得到唯一解。

5.6 掌子面里程的準(zhǔn)確性

出于種種原因，有的提供的掌子面里程和真實(shí)里程存在偏差。隧道里程是所有預(yù)報(bào)工作開(kāi)展的基礎(chǔ)，后面的資料解譯也是根據(jù)掌子面里程計(jì)算而來(lái)，其重要性不言而喻。如果里程都出現(xiàn)偏差，則所有預(yù)報(bào)工作失去了開(kāi)展的意義。

5.7 特殊巖土

預(yù)報(bào)工作中，有的會(huì)遇見(jiàn)特殊巖土，如白云巖砂化、火成巖中存在高壓氣囊、花崗巖的差異風(fēng)化等。這類(lèi)平時(shí)較少遇到的特殊巖土的突然出現(xiàn)，有時(shí)候會(huì)超出預(yù)報(bào)人員對(duì)地質(zhì)情況的預(yù)判和認(rèn)知范圍，也易導(dǎo)致預(yù)報(bào)失敗。

5.8 其他不可抗因素

有的地方由于隧道開(kāi)挖改變了地下水的徑流條件，會(huì)出現(xiàn)滯后涌水的情況，隧道開(kāi)挖過(guò)程中沒(méi)有明顯異常，掌子面也已經(jīng)正常開(kāi)挖過(guò)去，但過(guò)了一段時(shí)間后，在掌子面后方已開(kāi)挖段發(fā)生涌突水等災(zāi)害。還有的，預(yù)報(bào)及開(kāi)挖過(guò)程中，巖溶管道涌水后突然斷流，后期因巖溶管道堵塞水頭壓力進(jìn)一步升高，在某個(gè)臨界點(diǎn)突然發(fā)生更大規(guī)模的涌水突泥。前期涌水后的突然斷流，是地下水已經(jīng)排完還是因巖溶管道堵塞造成的，這方面的預(yù)警目前的技術(shù)水平也還很難做到。但一般而言，當(dāng)巖溶地區(qū)地下水的出露忽大忽小或者突然斷流，則巖溶管道堵塞的風(fēng)險(xiǎn)較高，如地下水出露逐漸變小，則多為地下水已經(jīng)排泄完。上述的這些病害的出現(xiàn)，其實(shí)已經(jīng)超出了超前預(yù)報(bào)工作的范疇，確屬不可抗力因素。

6 結(jié) 論

1)做好隧道綜合超前地質(zhì)預(yù)報(bào)是個(gè)系統(tǒng)性的工作，涵蓋了勘察設(shè)計(jì)、實(shí)施、動(dòng)態(tài)調(diào)整等多個(gè)階段，涉及了地質(zhì)調(diào)查、物探、鉆探、超前導(dǎo)坑等多種預(yù)報(bào)手段，存在有人員水平、現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)質(zhì)量、管理方面的嚴(yán)格落實(shí)等諸多影響因素。在預(yù)報(bào)工作實(shí)施過(guò)程中明確分工，嚴(yán)格管理，做到參建各方信息的及時(shí)互通互享和多元信息融合的綜合分析研判工作和提升預(yù)報(bào)效果，有利于現(xiàn)場(chǎng)及時(shí)發(fā)布預(yù)警信息，提前采取防范措施。

2)隧道超前預(yù)報(bào)工作的過(guò)程，就是抽絲剝繭，去偽存真，逐漸深化認(rèn)識(shí)的過(guò)程。鑒于漏報(bào)的情況仍然偶有發(fā)生，施工時(shí)做好隧道施工現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)急預(yù)案和安全風(fēng)險(xiǎn)防范措施同樣重要。

3)對(duì)目前的預(yù)報(bào)方法應(yīng)用特點(diǎn)和技術(shù)發(fā)展水平應(yīng)有一個(gè)全面客觀的認(rèn)識(shí)和評(píng)價(jià)，常懷敬畏之心，不夸大其詞?？陀^公正地認(rèn)識(shí)和宣傳，有利于促進(jìn)預(yù)報(bào)技術(shù)的進(jìn)步和預(yù)報(bào)效果的提升。