第2章 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)理論基礎(chǔ)

2.1 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)概論

隧洞超前地質(zhì)預(yù)報(bào)是一個(gè)廣義的概念，它包括隧洞工程預(yù)可研階段、勘察設(shè)計(jì)階段和施工階段的預(yù)報(bào)。其概念可表述為：超前地質(zhì)預(yù)報(bào)是指在隧洞 （道）掘進(jìn)過(guò)程中，在分析既有地質(zhì)資料的基礎(chǔ)上，采用地質(zhì)調(diào)查、物探、超前地質(zhì)鉆探、超前導(dǎo)坑等手段，對(duì)隧洞施工前方可能遇到的各種不良地質(zhì)情況作出推測(cè)、預(yù)測(cè)和預(yù)報(bào)，重點(diǎn)對(duì)一些不良地質(zhì)體 （帶）可能出現(xiàn)的位置、規(guī)模、性狀及其對(duì)施工的影響程度和施工地質(zhì)災(zāi)害出現(xiàn)的可能性、類型、強(qiáng)度等進(jìn)行探測(cè)、分析判釋及預(yù)報(bào)，并提出應(yīng)采取預(yù)防和處理的措施及建議。

2.1.1 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的必要性

公路、鐵路隧洞及水電工程的隧洞其設(shè)計(jì)的基本依據(jù)是地質(zhì)勘察資料，而隧洞施工的依據(jù)主要是設(shè)計(jì)文件，前兩者在設(shè)計(jì)文件提出之前要經(jīng)過(guò)初勘和詳勘階段，后者所做的工作較多，設(shè)計(jì)勘察工作重點(diǎn)考慮與工程的安全性、穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性、運(yùn)行特點(diǎn)等相關(guān)的主要地質(zhì)條件，而影響局部施工的地質(zhì)條件受自然條件、勘察技術(shù)的局限性、經(jīng)濟(jì)性等影響，小的、局部的地質(zhì)情況在設(shè)計(jì)勘察階段一般都不要求詳細(xì)查清，但一些局部、分散、隨機(jī)的不良地質(zhì)洞段卻是施工最大的安全隱患。主要表現(xiàn)在隧洞施工中塌方、涌水、涌泥、巖爆、有害氣體等地質(zhì)災(zāi)害，由于這些災(zāi)害的發(fā)生具有突發(fā)性，給施工帶來(lái)預(yù)想不到的困難和危害，輕者影響工期，增加工程投資，重者造成人員傷亡、機(jī)械損壞，更嚴(yán)重的情況甚至還會(huì)導(dǎo)致整個(gè)工程的失敗。因此，在隧洞掘進(jìn)過(guò)程中開展超前地質(zhì)預(yù)報(bào)非常必要，超前地質(zhì)預(yù)報(bào)是隧洞施工安全管理的重要環(huán)節(jié)，是隧洞施工的重要技術(shù)組成，是現(xiàn)場(chǎng)施工安全的重要保障。

2.1.2 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的特點(diǎn)

由于隧洞超前地質(zhì)預(yù)報(bào)采用多種地球物理方法，通過(guò)地質(zhì)分析對(duì)掌子面前方已經(jīng)存在但未知的施工地質(zhì)隱患做出科學(xué)而合理的判斷，因此，隧洞超前地質(zhì)預(yù)報(bào)具有較強(qiáng)的綜合性、系統(tǒng)性、未知性、指導(dǎo)性、客觀性和時(shí)效性。

（1）綜合性。隧洞超前地質(zhì)預(yù)報(bào)除需要集工程地質(zhì)學(xué)、水文地質(zhì)學(xué)及各種地球物理探測(cè)方法于一體外，還涉及數(shù)學(xué)、物理學(xué)、概率論、計(jì)算機(jī)科學(xué)等相關(guān)學(xué)科的理論，在實(shí)施過(guò)程中要綜合運(yùn)用多種方法、手段，熟練掌握各種地球物理探測(cè)方法的原理、適用條件，要對(duì)各種地質(zhì)災(zāi)害的成因機(jī)理、預(yù)防措施等有較為系統(tǒng)和深入的認(rèn)識(shí)。

（2）系統(tǒng)性。對(duì)一條隧洞而言，在某一時(shí)間、地點(diǎn)發(fā)生施工地質(zhì)災(zāi)害是偶然性，但從地球構(gòu)造的地層巖性、構(gòu)造、水文地質(zhì)特點(diǎn)等發(fā)育規(guī)律而言，地質(zhì)災(zāi)害的存在和發(fā)生具有客觀性，為保證一項(xiàng)隧洞施工的地質(zhì)安全，最科學(xué)的方法是保持超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的系統(tǒng)性。不良地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生和發(fā)展，總是有它特殊的前兆反映，如大型斷層、巖爆、高壓巖溶水等在發(fā)生前均有各自不同的預(yù)兆，從宏觀分布、微觀性質(zhì)等方面進(jìn)行全面系統(tǒng)的工作，才能準(zhǔn)確捕捉到這些前兆特征，以提高預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性。

（3）未知性。隧洞掌子面前方不良地質(zhì)體的分布、性質(zhì)、規(guī)模在隧洞開挖揭露前都是未知的，施工開挖后的變化也是未知的，需要通過(guò)科學(xué)的預(yù)測(cè)方法確定。

（4）指導(dǎo)性。提前準(zhǔn)確預(yù)測(cè)前方的地質(zhì)情況，能及時(shí)指導(dǎo)設(shè)計(jì)與施工單位進(jìn)行安全施工，正確選擇開挖斷面、支護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)，為優(yōu)化施工方案提供依據(jù)。

（5）客觀性。隧洞超前預(yù)報(bào)是使用科學(xué)的地球物理方法、依據(jù)客觀的地質(zhì)分析得出的預(yù)報(bào)結(jié)論。

（6）時(shí)效性。通過(guò)隧洞超前預(yù)報(bào)及時(shí)提供隧洞涌水、突泥、突氣、垮塌等可能形成的災(zāi)害性事故的信息，使施工單位提前做好施工準(zhǔn)備，改進(jìn)施工工藝，對(duì)保證施工安全，提高施工進(jìn)度極為有利。

隧洞超前預(yù)報(bào)的特點(diǎn)決定了超前預(yù)報(bào)工作需要采用多種學(xué)科知識(shí)和手段、不同專業(yè)人員的相互配合。

2.1.3 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的主要內(nèi)容

隧洞超前地質(zhì)預(yù)報(bào)目的是通過(guò)各種預(yù)報(bào)手段和方法對(duì)隧洞掌子面前方可能存在影響施工安全、施工進(jìn)度及工程結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的不良地質(zhì)體的位置、規(guī)模性狀、成災(zāi)可能性及危害程度等進(jìn)行科學(xué)預(yù)測(cè)和判斷，為施工決策和修正設(shè)計(jì)文件提供可靠的依據(jù)，以保證隧洞的安全施工和正常掘進(jìn)。就目前開展隧洞超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作來(lái)看，其預(yù)報(bào)的內(nèi)容主要有以下幾個(gè)方面：

（1）斷層破碎帶、斷層影響帶，裂隙密集帶的位置，規(guī)模和性狀預(yù)報(bào)。

（2）巖溶發(fā)育位置、發(fā)育方向，規(guī)模大小及性狀預(yù)報(bào)。

（3）軟弱夾層，軟弱結(jié)構(gòu)面的位置、規(guī)模及性狀預(yù)報(bào)。

（4）不同巖類的接觸面界面，特別是軟巖與硬巖、可溶巖與非可溶巖的界面位置確定。

（5）隧洞涌水預(yù)報(bào)，包括涌水位置、水量及水壓預(yù)報(bào)。

（6）隧洞圍巖級(jí)別變化及分布位置預(yù)報(bào)。

（7）巖爆發(fā)生的可能性、強(qiáng)烈程度預(yù)報(bào)。

（8）工程地質(zhì)災(zāi)害可能發(fā)生的位置、成災(zāi)規(guī)模及危害程度等。