隧道地质超前预报技术与应用

齐甦，中国地质大学(武汉)工程学院土木系硕士生导师。生于1962年6月，1996年毕业于武汉工业大学结构工程专业，硕士学位，现为中国地质大学(武汉)岩土工程专业在读博士研究生。长期从事土木工程的教学和科研工作。

现任香港专业培训协会名誉顾问、香港人才拓展中心顾问和《施工技术》杂志理事会成员。

主持科研项目十一项，其中负责沪蓉西高速公路、宝天高速公路、巫奉高速公路、鹰瑞高速公路和西商高速公路等项目中的二十一座隧道的隧道地质超前预报工作：发表论文三十余篇，其中六篇被EI收录；主编教材两部，参编教材一部。

第1章 绪论

1.1 隧道地质超前预报的定义

1.2 隧道地质超前预报的目的与意义

1.3 隧道地质超前预报的内容

1.4 隧道地质超前预报的方法

1.4.1 工程地质调查与推断、分析方法

1.4.2 超前导坑法、水平钻机超前探测法

1.4.3 地质雷达检测方法

1.4.4 隧道内反射地震预报方法

1.4.5 TSP超前预报技术

1.4.6 TRT反射地震层析成像方法

1.4.7 地震负视速度法

1.4.8 水平声波反射法(HSP)

1.4.9 陆地声纳法(高频地震反射法)

1.4.10 红外探水法

1.5 隧道地质超前预报的方法比较

1.6 隧道地质超前预报的形式

1.7 隧道地质超前预报的时间安排

1.8 隧道地质超前预报的发展

参考文献

第2章 隧道地质

2.1 岩类

2.1.1 沉积岩

2.1.2 火成岩

2.1.3 变质岩

2.2 地层

2.3 地质构造

2.4 地下水

2.5 特殊岩类及其工程地质特性

2.5.1 构造岩

2.5.2 软岩

2.5.3 膨胀岩土

2.5.4 盐溶角砾岩、喀斯特角砾岩

2.5.5 煤层

2.6 岩层、节理面、断层产状

2.7 不同结构类型岩体水文地质特征、变形破坏特征及主要工程地质问题

2.8 不同地质构造与隧道组合的主要工程地质问题

2.8.1 水平岩层中的隧道工程

2.8.2 倾斜岩层中的隧道工程地质问题

2.8.3 断层中的隧道工程地质问题

2.8.4 节理裂隙等结构面的不利组合及节理密集带的工程地质问题

2.8.5 向斜构造中的隧道工程地质问题

2.9 特殊工程地质问题

2.9.1 岩溶工程地质问题

2.9.2 在采及废弃矿巷问题

2.9.3 煤层、瓦斯及软夹层问题

参考文献

第3章 隧道地质超前预报工作方法

3.1 资料收集与整理

3.1.1 预可研和可行性研究阶段资料收集

3.1.2 勘察成果整理分析

3.1.3 熟悉设计文件、资料和图纸

3.2 补充地质调查

3.3 洞内地质调查和掌子面地质素描

3.3.1 洞内地质调查

3.3.2 掌子面地质素描

3.4 物探方法的选择和现场实施掌子面探测

3.4.1 物探方法的选择

3.4.2 掌子面探测

3.5 探测成果分析

3.5.1 界面距探测掌子面距离的确定

3.5.2 界面性质的确定

3.6 隧道工程岩体分级

3.7 预报报告的内容及报告的提交

3.7.1 预报报告的内容

3.7.2 报告的提交

3.8 验证

参考文献

第4章 超前水平钻探法的应用技术

4.1 超前水平钻探法研究

4.1.1 超前水平钻探法的基本原理与介绍

4.1.2 超前水平钻探法的优缺点

4.2 超前水平钻探法施工技术

4.2.1 施工流程

4.2.2 主要技术要求

4.2.3 施工准备

4.2.4 钻机就位

4.2.5 施钻

4.2.6 地质分析判断、成果报告

4.3 RPD-150C型钻机的概况

4.3.1 RPD-150C钻机

4.3.2 现场钻进技术指标

4.4 工程实例

4.4.1 隧道地质概况

4.4.2 把水寺隧道钻探孔资料

4.4.3 结论与建议

参考文献

第5章 地震映像法的应用技术

5.1 概述

5.1.1 地震映像法原理

5.1.2 地震映像法的分类

5.1.3 地震映像法数据采集要点

5.2 野外数据采集的方法及技术

5.2.1 工作仪器和方法

5.2.2 野外工作方法试验

5.2.3 地震映像法在不同地质条件下的应用

5.2.4 地震映像解释方法

5.3 工程实例

5.3.1 工程简介

5.3.2 隧道地质概况

5.3.3 工作方法

5.3.4 ZK269 393～ZK269 443段调查测试结果及分析

参考文献

第6章 TSP在隧道地质超前预报中的应用技术

6.1 TSP203的工作原理和组成

6.1.1 TSP203预报原理

6.1.2 TSP203测量方法的原理基础

6.1.3 TSP203系统的仪器组成

6.1.4 TSP203系统的优势

6.2 野外信号数据采集

6.2.1 TSP203野外信号数据采集

6.2.2 原始记录注意事项

6.3 数据处理流程

6.3.1 原始数据编辑

6.3.2 初至波拾取

6.3.3 选择时窗长度

6.3.4 带通滤波

6.3.5 道能量均衡

6.3.6 计算品质因子Q

6.3.7 反射波提取

6.3.8 纵横波分离

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技术的资料分析原则

6.4.1 反射系数

6.4.2 横波与纵波的速度比

6.4.3 横波分裂与裂隙发育带

6.5 工程实例

6.5.1 TSP技术在擦罗2号隧道中的应用

6.5.2 TSP技术在明月峡隧道地质超前预报中的应用

参考文献

第7章 地质雷达在超前预报中的应用技术

7.1 引言

7.2 地质雷达的基本原理

7.2.1 电磁波的传播与波速

7.2.2 电磁波的反射与折射

7.2.3 地质雷达的组成及工作原理

7.3 地质雷达进行超前预报的技术与方法

7.3.1 地质雷达的技术参数

7.3.2 地质雷达测量参数的选取

7.3.3 地质雷达的测量方式和信号触发方式

7.3.4 地质雷达的探测方法

7.4 地质雷达的数据处理技术

7.4.1 地质雷达的数据文件编辑

7.4.2 波速估计

7.4.3 数字滤波

7.4.4 反褶积

7.4.5 偏移归位处理

7.5 地质雷达的数据解释技术

7.5.1 地质雷达地质超前预报适宜性评价

7.5.2 地质雷达解译图件

7.5.3 后期解译方法及其规范化

7.5.4 提高解译精度的途径与方式

7.5.5 解译标志的初步建立

7.6 工程实例

7.6.1 工程概况

7.6.2 探测依据及方法

7.6.3 现场探测

7.6.4 数据处理

7.6.5 探测结果

参考文献

第8章 TRT地质超前预报法

8.1 TRT技术原理与仪器应用方法

8.1.1 TRT方法原理

8.1.2 TRT技术原理

8.2 TRT工作流程

8.3 数据处理

8.3.1 TRT数据处理流程

8.3.2 具体操作

8.4 TRT技术的优点及存在的问题

8.5 工程实例

8.5.1 地质概况

8.5.2 探测方法及结论

8.5.3 建议2100433B

分别阐述了隧道地质超前预报的意义和内容、隧道地质特点和隧道主要工程地质问题、隧道地质超前预报工作方法、超前水平钻探法进行隧道地质超前预报的技术应用、地震映像法进行隧道地质超前预报的技术应用、TSP在隧道地质超前预报中的技术应用、地质雷达在超前预报中的技术应用和TRT在隧道地质超前预报中的技术应用。这些技术对我国的地下建筑施工是非常有帮助的。《隧道地质超前预报技术与应用》可作为从事隧道或隧洞工程研究、施工的技术人员和从事相关技术工作的管理人员，高等院校师生的参考书。

1、我国西南地区岩溶地貌发育， 隧道地质超前预报工作非常必要。以下是一个贵州附件的浅埋隧道超前预报的实例。

顶效隧道位于汕头--昆明国道高速贵州段内，属于卡斯特地形中的浅埋隧道。如图1所示，上部是超前预报的偏移图像，从中可以清楚地看出断裂构造、岩性界面的组合关系和地质结构图像。下部是围岩速度扫描图，从中可以看到岩石的速度分布。围岩速度图像与地质构造图像（偏移图像）有很好的对应性。

2、在贵州岩溶多个隧道上的TST隧道地质超前预报得到成功应用，详见发表于隧道建设的文章：TST 超前地质预报技术在贵州岩溶地区的应用实例。

3、NJ引水隧道T3’R下游K1861段地质情况复杂，利用TBM和钻爆法进行隧道开挖。现采用TST隧道地质超前预报技术对TBM施工前方进行超前预报，以采取有效的超前支护措施或调整掘进参数等，确保施工高效、安全。

预报结果：

图2上部为偏移图像，图中红色条纹表示岩层坚硬，蓝色条纹表示岩层变软；蓝红条纹交替出现，为破碎带或断裂构造。图2中部为围岩波速图像，高速波区对应岩层结构完整，低速波区为构造发育。图2下部为地质解释。

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HSP隧道地质超前预报是建立在弹性波理论的基础上，传播过程遵循惠更斯-菲涅尔原理和费马原理。本方法探测的物理前提是岩体间或不同地质体间明显的声学特性差异。测试时，在隧道施工掌子面或边墙一点发射低频声波信号，在另一点接收反射波信号。采用时域、频域分析探测反射波信号，进一步进行隧道施工掌子面地质调查、地面地质调查。

地层是地壳中具一定层位的一层或一组岩石。地层可以是固结的岩石，也可以是没有固结的堆积物，包括沉积岩、火山岩和变质岩。在正常情况下，先形成的地层居下，后形成的地层居上。层与层之间的界面可以是明显的层面或沉积间断面，也可以是由于岩性、所含化石、矿物成分、化学成分、物理性质等的变化导致层面不十分明显。2100433B