隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)

何發(fā)亮，《隧道地質(zhì)預(yù)報(bào)》、《鐵路隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)指南（鐵建設(shè)【2008】105）》的主要撰稿人。廣西賀州人，中鐵西南科學(xué)研究院有限公司教授級(jí)高級(jí)工程師、院副總工程師、工程地質(zhì)預(yù)報(bào)中心/工程地質(zhì)研究室主任、碩士研究生導(dǎo)師。生于1962年，1984年畢業(yè)于中山大學(xué)地質(zhì)學(xué)系，主要從事隧道圍巖分級(jí)、聲波探測技術(shù)應(yīng)用和隧道施工地質(zhì)預(yù)報(bào)研究。 1995年任副研究員，2002年任教授級(jí)高級(jí)工程師，同年被評(píng)為中國鐵路工程總公司首批有突出貢獻(xiàn)的中青年專家，是中國鐵路工程總公司專家委員會(huì)專家、2008年國務(wù)院政府特殊津貼專家。 現(xiàn)任IAEG會(huì)員、中國地質(zhì)學(xué)會(huì)工程地質(zhì)專委會(huì)委員、中國巖石力學(xué)與工程學(xué)會(huì)地下工程分會(huì)理事、四川省巖石力學(xué)與工程學(xué)會(huì)理事兼副秘書長、四川省聲學(xué)學(xué)會(huì)理事、《鐵路地質(zhì)與路基》編委、四川省評(píng)標(biāo)專家?guī)旌退拇ㄊ〉刭|(zhì)災(zāi)害評(píng)估專家?guī)煸趲鞂＜摇?獲鐵道部部科技進(jìn)步獎(jiǎng)四等獎(jiǎng)1項(xiàng)、總公司科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)一、二等獎(jiǎng)各1項(xiàng)、鐵道科學(xué)研究院科技成果三等獎(jiǎng)1項(xiàng)。 主要論文著作： 《隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)》（西南交通大學(xué)出版社，2006年） 《隧道工程巖體分級(jí)》（西南交通大學(xué)出版社，2007年） 《隧道工程地質(zhì)與聲波探測技術(shù)》（西南交通大學(xué)出版社，2005年） 《巖體溫度法隧道施工掌子面前方含水體預(yù)報(bào)模型試驗(yàn)研究》（現(xiàn)代隧道技術(shù)，2008年第2期） 《巖體溫度法隧道施工掌子面前方涌水預(yù)測預(yù)報(bào)探討》（現(xiàn)代隧道技術(shù)，2007年第2期） 《隧道施工地質(zhì)超前預(yù)報(bào)工作方法》（巖土工程學(xué)報(bào)，2006年） 《TBM施工隧道圍巖分級(jí)研究》（巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2002年9月，第21卷第9期） 《巖溶地區(qū)長大隧道涌水災(zāi)害預(yù)測預(yù)報(bào)技術(shù)》（水文地質(zhì)工程地質(zhì)，2001年第5期） 《聲波探測技術(shù)的新發(fā)展及其應(yīng)用》（中國鐵道科學(xué)，1999年第20卷第4期） 《隧道施工期地質(zhì)超前預(yù)報(bào)技術(shù)的發(fā)展》（現(xiàn)代隧道技術(shù)，2001年第3期） 《隧道施工期地質(zhì)超前預(yù)報(bào)若干問題探討》（第八次全國巖石力學(xué)與工程學(xué)術(shù)大會(huì)論文集，2004年） 《HSP及CT法隧道施工期巖溶地質(zhì)預(yù)報(bào)》（隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)技術(shù)交流研討會(huì)論文集，2004年） 《聲波CT技術(shù)在瀘定橋東橋臺(tái)內(nèi)部結(jié)構(gòu)探測中的應(yīng)用》（文物保護(hù)與考古科學(xué)，2001年第13卷第1期） 《瀘定橋東橋臺(tái)內(nèi)部加固效果檢測》

常用的方法有TSP，TST超前預(yù)報(bào)、，二者都是在隧道內(nèi)進(jìn)行預(yù)報(bào)，TSP，TST可預(yù)報(bào)掌子面前方100～150m的地質(zhì)情況，地質(zhì)雷達(dá)能預(yù)報(bào)掌子面前方20～30m的地質(zhì)情況。

近年有人將高密度電法引進(jìn)到隧道地質(zhì)預(yù)報(bào)中來，即在隧道正上方的山上沿隧道走向布置高密度電法剖面。該方法的優(yōu)點(diǎn)是速度快、圖像直觀、對(duì)水、構(gòu)造反映靈敏。

云南航天檢測在國內(nèi)較早利用長期（高密度電法）、中期（TSP、TST）、短期（地質(zhì)雷達(dá)）相結(jié)合的方法進(jìn)行隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)，取得了良好的效果。

BEAM(Bore Tunnelling Electrical Ahead Monitoring)探測技術(shù)就目前而言是當(dāng)前國際上一種較先進(jìn)的電法隧道超前探測技術(shù)。它由德國GETGEO EXPLORATION TECHNOLOGIES公司（簡稱GET公司）從 1998年開始進(jìn)行開發(fā)研制，2004年獲得德國國家專利。

作為聚焦電流頻率域的激發(fā)極化方法的一種超前探測技術(shù)，BEAM開發(fā)研制源自于一種被稱為百分頻率效應(yīng)(PFE-Pereentage frequency effect)的綜合電性參數(shù)，此外還應(yīng)用了聚焦電流技術(shù)使得探測數(shù)據(jù)的固定在一定的范圍之內(nèi)。

BEAM測試技術(shù)的原理是通過對(duì)巖層電阻率進(jìn)行測試的電法(激發(fā)極化法)來探知巖石質(zhì)量、空洞和水體的。電子導(dǎo)體和離子導(dǎo)體的巖石在人工電流場中被極化的現(xiàn)象稱為激發(fā)極化現(xiàn)象，大約在1913年由法國的Conrad Schfumberger所發(fā)現(xiàn)。

德國GET公司開發(fā)研制的BEAM測試系統(tǒng)就是一種以交流激發(fā)極化法為探測手段的技術(shù)。

交流激發(fā)極化法使用超低頻段(0.01～10Hz)中兩種相差較大的固定頻率分別供電(f1和f2)，然后分別觀測f1和f2兩種頻率供電時(shí)的電壓，求得兩種電阻率R(f1)(用較低頻率f1觀測所得)和R(f2)(用較高頻率f2觀測所得)，由此來計(jì)算百分頻率效應(yīng)PFE(公式如下):

R(f1) =U(f1) /I(f1) 和 R(f2)= U(f2) /I(f2)

PFE=[ R(f1)- R(f2)]/ R(f1)x100% （ f1

BEAM的預(yù)報(bào)成果的解譯就是基于以上對(duì)不同巖體分類的定義，其中高、中、低表示巖體的孔隙率高低程度，孔隙較高硬質(zhì)巖地區(qū)的斷層帶、洞穴等PFE值最低，軟土區(qū)的類似地質(zhì)情況次之，較為緊密的巖體PFE值最高，孔隙率和PFE值呈明顯的反比關(guān)系。不同的電阻率也會(huì)對(duì)應(yīng)不同的巖體情況，干燥致密的巖體電阻率較高，孔隙率大的含水巖體電阻率較低，BEAM系統(tǒng)采用交流激發(fā)極化法進(jìn)行超前預(yù)報(bào)，獲得百分頻率效應(yīng)PFE和電阻率R兩種參數(shù)，以這兩種參數(shù)為成果解譯基礎(chǔ)，綜合對(duì)前方地質(zhì)情況進(jìn)行預(yù)報(bào)。

目前該項(xiàng)技術(shù)自2000年伊始，在國外被應(yīng)用于在各種復(fù)雜的地質(zhì)條件下進(jìn)行施工的隧道工程，截至現(xiàn)在已經(jīng)完成探測隧道的累計(jì)洞身長度已超過100km。主要應(yīng)用有意大利Ginori隧道，瑞士哥斯塔特基線隧道(Gotthard Base Turnnel)(目前世界上最長的隧道)，瑞士勒其山基線隧道(Lotschberg Base Tulnnel)，德國Irlahull，Geisbers和Stammham隧道（連接了Nuremberg到Ingolstadt的高速鐵路）等等。

歐美大地儀器設(shè)備中國有限公司率先將技術(shù)引進(jìn)到國內(nèi)。

隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)專著《隧道地質(zhì)預(yù)報(bào)》

分別闡述了隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)的意義和內(nèi)容、隧道地質(zhì)特點(diǎn)和隧道主要工程地質(zhì)問題、隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)工作方法、超前水平鉆探法進(jìn)行隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)的技術(shù)應(yīng)用、地震映像法進(jìn)行隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)的技術(shù)應(yīng)用、TSP在隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)中的技術(shù)應(yīng)用、地質(zhì)雷達(dá)在超前預(yù)報(bào)中的技術(shù)應(yīng)用和TRT在隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)中的技術(shù)應(yīng)用。這些技術(shù)對(duì)我國的地下建筑施工是非常有幫助的。《隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)技術(shù)與應(yīng)用》可作為從事隧道或隧洞工程研究、施工的技術(shù)人員和從事相關(guān)技術(shù)工作的管理人員，高等院校師生的參考書。

第1章 緒論

1.1 隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)的定義

1.2 隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)的目的與意義

1.3 隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)的內(nèi)容

1.4 隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)的方法

1.4.1 工程地質(zhì)調(diào)查與推斷、分析方法

1.4.2 超前導(dǎo)坑法、水平鉆機(jī)超前探測法

1.4.3 地質(zhì)雷達(dá)檢測方法

1.4.4 隧道內(nèi)反射地震預(yù)報(bào)方法

1.4.5 TSP超前預(yù)報(bào)技術(shù)

1.4.6 TRT反射地震層析成像方法

1.4.7 地震負(fù)視速度法

1.4.8 水平聲波反射法(HSP)

1.4.9 陸地聲納法(高頻地震反射法)

1.4.10 紅外探水法

1.5 隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)的方法比較

1.6 隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)的形式

1.7 隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)的時(shí)間安排

1.8 隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)的發(fā)展

參考文獻(xiàn)

第2章 隧道地質(zhì)

2.1 巖類

2.1.1 沉積巖

2.1.2 火成巖

2.1.3 變質(zhì)巖

2.2 地層

2.3 地質(zhì)構(gòu)造

2.4 地下水

2.5 特殊巖類及其工程地質(zhì)特性

2.5.1 構(gòu)造巖

2.5.2 軟巖

2.5.3 膨脹巖土

2.5.4 鹽溶角礫巖、喀斯特角礫巖

2.5.5 煤層

2.6 巖層、節(jié)理面、斷層產(chǎn)狀

2.7 不同結(jié)構(gòu)類型巖體水文地質(zhì)特征、變形破壞特征及主要工程地質(zhì)問題

2.8 不同地質(zhì)構(gòu)造與隧道組合的主要工程地質(zhì)問題

2.8.1 水平巖層中的隧道工程

2.8.2 傾斜巖層中的隧道工程地質(zhì)問題

2.8.3 斷層中的隧道工程地質(zhì)問題

2.8.4 節(jié)理裂隙等結(jié)構(gòu)面的不利組合及節(jié)理密集帶的工程地質(zhì)問題

2.8.5 向斜構(gòu)造中的隧道工程地質(zhì)問題

2.9 特殊工程地質(zhì)問題

2.9.1 巖溶工程地質(zhì)問題

2.9.2 在采及廢棄礦巷問題

2.9.3 煤層、瓦斯及軟夾層問題

參考文獻(xiàn)

第3章 隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)工作方法

3.1 資料收集與整理

3.1.1 預(yù)可研和可行性研究階段資料收集

3.1.2 勘察成果整理分析

3.1.3 熟悉設(shè)計(jì)文件、資料和圖紙

3.2 補(bǔ)充地質(zhì)調(diào)查

3.3 洞內(nèi)地質(zhì)調(diào)查和掌子面地質(zhì)素描

3.3.1 洞內(nèi)地質(zhì)調(diào)查

3.3.2 掌子面地質(zhì)素描

3.4 物探方法的選擇和現(xiàn)場實(shí)施掌子面探測

3.4.1 物探方法的選擇

3.4.2 掌子面探測

3.5 探測成果分析

3.5.1 界面距探測掌子面距離的確定

3.5.2 界面性質(zhì)的確定

3.6 隧道工程巖體分級(jí)

3.7 預(yù)報(bào)報(bào)告的內(nèi)容及報(bào)告的提交

3.7.1 預(yù)報(bào)報(bào)告的內(nèi)容

3.7.2 報(bào)告的提交

3.8 驗(yàn)證

參考文獻(xiàn)

第4章 超前水平鉆探法的應(yīng)用技術(shù)

4.1 超前水平鉆探法研究

4.1.1 超前水平鉆探法的基本原理與介紹

4.1.2 超前水平鉆探法的優(yōu)缺點(diǎn)

4.2 超前水平鉆探法施工技術(shù)

4.2.1 施工流程

4.2.2 主要技術(shù)要求

4.2.3 施工準(zhǔn)備

4.2.4 鉆機(jī)就位

4.2.5 施鉆

4.2.6 地質(zhì)分析判斷、成果報(bào)告

4.3 RPD-150C型鉆機(jī)的概況

4.3.1 RPD-150C鉆機(jī)

4.3.2 現(xiàn)場鉆進(jìn)技術(shù)指標(biāo)

4.4 工程實(shí)例

4.4.1 隧道地質(zhì)概況

4.4.2 把水寺隧道鉆探孔資料

4.4.3 結(jié)論與建議

參考文獻(xiàn)

第5章 地震映像法的應(yīng)用技術(shù)

5.1 概述

5.1.1 地震映像法原理

5.1.2 地震映像法的分類

5.1.3 地震映像法數(shù)據(jù)采集要點(diǎn)

5.2 野外數(shù)據(jù)采集的方法及技術(shù)

5.2.1 工作儀器和方法

5.2.2 野外工作方法試驗(yàn)

5.2.3 地震映像法在不同地質(zhì)條件下的應(yīng)用

5.2.4 地震映像解釋方法

5.3 工程實(shí)例

5.3.1 工程簡介

5.3.2 隧道地質(zhì)概況

5.3.3 工作方法

5.3.4 ZK269 393～ZK269 443段調(diào)查測試結(jié)果及分析

參考文獻(xiàn)

第6章 TSP在隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)中的應(yīng)用技術(shù)

6.1 TSP203的工作原理和組成

6.1.1 TSP203預(yù)報(bào)原理

6.1.2 TSP203測量方法的原理基礎(chǔ)

6.1.3 TSP203系統(tǒng)的儀器組成

6.1.4 TSP203系統(tǒng)的優(yōu)勢

6.2 野外信號(hào)數(shù)據(jù)采集

6.2.1 TSP203野外信號(hào)數(shù)據(jù)采集

6.2.2 原始記錄注意事項(xiàng)

6.3 數(shù)據(jù)處理流程

6.3.1 原始數(shù)據(jù)編輯

6.3.2 初至波拾取

6.3.3 選擇時(shí)窗長度

6.3.4 帶通濾波

6.3.5 道能量均衡

6.3.6 計(jì)算品質(zhì)因子Q

6.3.7 反射波提取

6.3.8 縱橫波分離

6.3.9 速度分析

6.3.10 深度偏移成像

6.3.11 反射界面提取

6.4 TSP技術(shù)的資料分析原則

6.4.1 反射系數(shù)

6.4.2 橫波與縱波的速度比

6.4.3 橫波分裂與裂隙發(fā)育帶

6.5 工程實(shí)例

6.5.1 TSP技術(shù)在擦羅2號(hào)隧道中的應(yīng)用

6.5.2 TSP技術(shù)在明月峽隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)中的應(yīng)用

參考文獻(xiàn)

第7章 地質(zhì)雷達(dá)在超前預(yù)報(bào)中的應(yīng)用技術(shù)

7.1 引言

7.2 地質(zhì)雷達(dá)的基本原理

7.2.1 電磁波的傳播與波速

7.2.2 電磁波的反射與折射

7.2.3 地質(zhì)雷達(dá)的組成及工作原理

7.3 地質(zhì)雷達(dá)進(jìn)行超前預(yù)報(bào)的技術(shù)與方法

7.3.1 地質(zhì)雷達(dá)的技術(shù)參數(shù)

7.3.2 地質(zhì)雷達(dá)測量參數(shù)的選取

7.3.3 地質(zhì)雷達(dá)的測量方式和信號(hào)觸發(fā)方式

7.3.4 地質(zhì)雷達(dá)的探測方法

7.4 地質(zhì)雷達(dá)的數(shù)據(jù)處理技術(shù)

7.4.1 地質(zhì)雷達(dá)的數(shù)據(jù)文件編輯

7.4.2 波速估計(jì)

7.4.3 數(shù)字濾波

7.4.4 反褶積

7.4.5 偏移歸位處理

7.5 地質(zhì)雷達(dá)的數(shù)據(jù)解釋技術(shù)

7.5.1 地質(zhì)雷達(dá)地質(zhì)超前預(yù)報(bào)適宜性評(píng)價(jià)

7.5.2 地質(zhì)雷達(dá)解譯圖件

7.5.3 后期解譯方法及其規(guī)范化

7.5.4 提高解譯精度的途徑與方式

7.5.5 解譯標(biāo)志的初步建立

7.6 工程實(shí)例

7.6.1 工程概況

7.6.2 探測依據(jù)及方法

7.6.3 現(xiàn)場探測

7.6.4 數(shù)據(jù)處理

7.6.5 探測結(jié)果

參考文獻(xiàn)

第8章 TRT地質(zhì)超前預(yù)報(bào)法

8.1 TRT技術(shù)原理與儀器應(yīng)用方法

8.1.1 TRT方法原理

8.1.2 TRT技術(shù)原理

8.2 TRT工作流程

8.3 數(shù)據(jù)處理

8.3.1 TRT數(shù)據(jù)處理流程

8.3.2 具體操作

8.4 TRT技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)及存在的問題

8.5 工程實(shí)例

8.5.1 地質(zhì)概況

8.5.2 探測方法及結(jié)論

8.5.3 建議2100433B