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摘要：本文简述了各种超前地质预报在工程实际中的运用，提出在复杂地质条件下，运用多种方法进行综合预报，并以渝利铁路方斗山隧道为例，隧道施工过程中以地质预测法为核心，TSP203超前地质预报系统、红外线探水、地质雷达等主要手段，对隧道进行超前地质预报，对隧道施工规避风险提供有利条件，各种预报手段验证了D8K160+543溶洞段地质情况。
关键词：复杂地质条件；超前地质预报；隧道施工；实际应用
Abstract: This paper briefly describes the various advance geological forecast the application in the engineering practice, this paper puts forward in the complex geological conditions, using various methods for comprehensive forecast, and the levites to chongqing railway party doosan tunnel, for example, in the process of tunnel construction to geological forecast method as the core, TSP203 advance geological forecast system, infrared agents such as water, geological radar main method, in tunnels for advance geological forecast, to avoid risk of tunnel construction to provide favorable conditions, all kinds of forecasting methods validation D8K160 + 543 for the karst geological conditions.
Keywords: complex geological conditions; Advance geological forecast; Tunnel construction; Practical application
中图分类号：U455 文献标识码：A 文章编号：
引言：在隧道施工阶段开展地质预报工作对确保施工安全和进度具有十分重要的作用。随着国家对基础建设加大投入，隧道占工程结构物的比例越来越大，为了有效降低施工过程中风险。方斗山隧道经过专家风险评估，被确定为渝利铁路五大高风险隧道之一，是渝利铁路建设中一个控制性工程。
方斗山隧道全长4918m，隧进口里程为D8K158+512，出口里程为D8K163+430。隧道穿越可溶岩地段，岩性主要为中厚层状灰岩，白云质灰岩，泥质灰岩，岩溶角砾岩等，夹少量薄层钙质泥岩、页岩等。地表岩溶较为发育，岩体中发育有2～3组构造节理，隧道大多位于岩溶水水平循环带，局部位于垂直循环带，T2l、T1j4、T1j2、P2w地层，P1m地下水具有弱~中等侵蚀性，T1j4及T1j2为泥质灰岩及岩溶角砾岩，这些界面容易产生崩塌，滑落、涌水等现在，也可能发育溶洞及产生岩溶突水，坍塌。为了降低施工过程中岩溶对施工影响，采用多种超前地质预报手段并纳入工序管理。
1常规地质法
1.1正洞地质素描
地质素描是对开挖面的地质情况如实而准确的反映。素描的主要内容包括地层岩性、构造发育情况（含断层、贯穿性节理、夹层或岩脉）、地下水的出水状态、围岩的稳定性及初期支护采用的方法等。正洞地质素描是利用所見到正洞已开挖段的地质情况预报前方可能出现的不良地质条件（断层等）。正洞地质素描的优点是不占用施工时间，设备简单，不干扰施工，出结果快，预报的效果好，而且为整个隧道提供了完整的地质资料；缺点是对与隧道夹角较大而又向前倾的结构面容易产生漏报。 D8K160+539～D8K160+543对掌子面进行判断：掌子面为灰黑色泥质灰岩夹灰岩，层间局部充填白色方解石脉，掌子面有滴状水，在掌子面右上及右中部层间夹黄泥，约2~3cm厚，岩体整体较完整，局部破碎，岩质较硬，局部较软，中厚至厚层状，整体弱风化。局部强风化，层间结合能力较差，围岩稳定性较差，易掉块。建议采取及时支护，加强洞顶岩层变化观测。
1.2超前炮孔加深
超前炮孔加深是在长距离预报基础上实施的，在整个施工过程中方斗山隧道岩溶早期发现都是此种方法结合预测出来，准确率达到90%以上。
1.3水平超前探孔
水平超前探孔方法是在隧道内安放水平钻机进行水平钻进，根据隧道中线水平方向上钻孔资料来推断隧道前方的地质情况,钻孔的数量、角度及钻孔长度可人为设计和控制。方斗山隧道采用进口的150-C型矿岩钻机每循环一般在60m～70m，一般可根据钻进速度的变化、钻孔取芯鉴定、钻孔冲洗液的颜色、气味、岩粉以及在钻探过程中遇到的其他情况来判断。这种方法可以反映岩体的大概情况，比较直观，施工人员可根据现场的地质情况来安排下一步的施工组织。但该方法也存在不足之处：①在复杂地质条件下预报效果较差，很难预测到正洞掌子面前方的小断层和贯穿性大节理，特别是与隧道轴线平行的结构面，其预报无反映；②钻孔与钻孔之间的地质情况反映不出来；占用开挖工作面时间长。D8K160+507掌子面超前水平钻孔实际地质情况见下表：
序号 预报里程 围岩实际情况
1 D8K160+507~+538 灰黑色灰岩夹泥质灰岩，局部夹少许黄泥，岩质较硬，局部较软，弱风化为主，钻进平稳，无卡钻现象，冲洗液为灰色，局部夹黄色，前方地质情况推测：岩体整体较完整，局部较破碎，节理裂隙较发育，地下水不发育，围岩稳定性一般；
2 D8K160+538~+543 灰黑色泥质灰岩，岩质较软，弱风化为主，冲洗液为灰黑色，钻进较快，前方地质情况推测：岩体较破碎，节理裂隙较发育，地下水不发育，围岩稳定性一般；
3 D8K160+543~+553 黑色泥质灰岩夹黄泥，岩质较软，弱风化为主，钻进较快，出现卡钻现象，冲洗液为灰黑色夹黄色，前方地质情况推测：岩体整体较破碎，节理裂隙发育，岩溶发育，可能有中小型无水溶洞发育，围岩稳定性较差，地下水不发育；
4 D8K160+553~+569 灰色灰岩夹泥质灰岩，岩质较硬，弱风化为主，钻进平稳，无卡钻现象，冲洗液为灰白色，局部灰色，终孔后无水流出，前方地质情况推测：岩体整体较完整，节理裂隙较发育，围岩稳定性一般，地下水不发育。
通过此次探孔，基本探明了隧道D8K160+507～+569段地质情况，主要以灰色灰岩夹灰黑色泥质灰岩为主，局部夹黄泥，岩质较软，局部较硬，弱风化为主，岩体整体较完整，局部较破碎～破碎，节理裂隙较发育，局部岩溶发育，围岩稳定性较差，地下水不发育。在D8K160+541～+553段可能有中小型干溶洞或软弱夹层发育，围岩稳定性较差。
2物探方法
地球物理探测是间接、无损的测试手段，在隧道超前地质预报中，常用的方法有地震波反射法、红外探水、地质雷达等，方斗山隧道施工过程中主要采用目前这三种较为普遍、先进、可行的三种物探手段。
2．1红外探测
所有物体都发射出不可见的红外线能量，这能量的大小与物体的发射率成正比。而发射率的大小取决于物体的物质和它的表面状况。当隧道掌子面前方及周边介质单一时，所测得的红外场为正常场，当前面存在隐伏含水构造或有水时，他们所产生的场强要叠加到正常场上，从而使正常场产生畸变。据此判断掌子面前方一定范围内有无含水构造。
现场测试有两种方法：一是在掌子面上，分上、中、下及左、中、右六条测线的交点测取9个数据，根据这9个数据之间的最大差值来判断是否有水；二是由掌子面向掘进后方（或洞口）按左边墙、拱部、右边墙的顺序进行测试，每5m或3m测取一组数据，共测取50m或30m，并绘制相应的红外辐射曲线，根据曲线的趋势判断前方有无含水。
红外探测的特点是可以实现对隧道全空间、全方位的探测，仪器操作简单，能预测到隧道外围空间及掘进前方30m范围内是否存在隐伏水体或含水构造，而且可利用施工间歇期测试，基本不占用施工时间，但没有定量说明，只是大致根据现场测试数据推测。HW-304红外探测仪对隧道D8K160+523掌子面进行探测，此次探测数据见下图。
根据现场所测左边墙、右边墙与拱部的辐射场强值(从掌子面往已开挖段每隔5m布置一个测点)，绘制曲线见附图，可以看出：在所测区域，红外辐射场强值向掌子面方向无异常突变趋势。
结合场强图平稳走向趋势推测D8K160+523~D8K160+553段裂隙水不发育，前方无出水可能。
2．2地震波反射法
2．2．1TSP（Tunnel Seismic Prediction ahead）法，即隧道前方地震预报或超前地质预报，它的基本原理如下：
如图1所示，在隧道掌子面附近边墙一定范围内布置激发孔，通过在孔中人工激发地震波，所产生的地震波以球面波的形式在隧道围岩中传播，当围岩波阻抗发生变化时（例如遇岩溶、断层或岩层的分界面），一部分地震波将会被反射回来，另一部分地震波将会继续向前传播。反射的地震波由高精度的接收器所接收并传递到主机形成地震波记录（见图2）。
图1TSP法工作原理示意 图2 TSP法波形记录
对TSP203 Plus仪器采集的数据利用TSPwin软件进行处理，可以获得隧道掌子面前方的P波、SH波和SV波的时间剖面、深度偏移剖面、岩石的反射层位、物理力学参数、各反射层能量大小等中间成果资料，同时还可得到反射层的二维和三维空间分布，根据上述资料预报隧道掌子面前方的地质情况，如溶洞、软弱岩层、断层、裂隙及富水情况等不良地质体。
2．2．2观测系统
在隧道里程D8K160+434的左边墙和右边墙位置分别布置一个地震波信息接收孔，孔径为50mm，一号孔深约为1.25m，二号孔深约为1.35m,孔高约1.4m；在D8K160+458～+488段的右边墙，按约1.1m的间距布置24个激发孔分别激发地震波，孔径约45mm，孔深约1.5m，孔高约1.24m，孔向下倾斜约8º，每个激发孔装填的药量为50g。
2．2．3资料处理
将现场采集的资料传输至计算机，利用TSPwin软件对其进行处理，TSPwin软件主要由数据库、处理、计算反射界面三部分组成。
、数据库
编辑现场采集的数据和定义观测系统。
、处理
对原始数据进行放大、能量均衡、滤波等流程的处理。
、计算反射界面
在波形处理后，从地震波形记录中拾取纵波波至和横波波至，根据爆炸点与检波器的距离可分别计算各段围岩的纵波速度vp和横波速度vs。
vp和vs值的大小综合反映了围岩的物理力学性质，根据vp和vs值可直接计算动力学参数，即计算动弹性模量Ed、动剪切模量Gd和泊松比μd，计算式如下：
Ed=ρvs2（3vp2-4vs2）/（vp2-vs2）
Gd=ρvs2
μd=（vp2-2vs2）/2（vp2-vs2）
其中，ρ为围岩的密度。
根据绕射重叠法原理（与常规地震反射资料处理中偏移流程的原理类似）计算反射界面与隧道的相对位置，即与隧道轴线的交角或至掌子面的距离。
2．2．4资料解释
根据TSP法的原理和工作经验，把距离隧道轴线近、能量大的反射波组判释为围岩异常区，并综合地震波速、反射波相位、泊松比和杨氏模量等参数对围岩异常区的类别进行划分。
2．2．5结论
TSP预报时掌子面里程为：D8K160+515，预报里程范围为D8K160+515～+631段（即掌子面前方116m）。
序号 预报里程 围岩预测情况
1 D8K160+515～527 围岩较完整～较破碎，岩溶微弱发育。
2 D8K160+515～589 围岩较破碎～破碎，岩溶弱～中等发育。
3 D8K160+527～560
D8K160+572～589 两段存在溶蚀裂隙、溶洞或软弱夹层（如页岩、泥灰岩等），含（呈线状～雨淋状），特别是D8K160+540～+560段可能存在中型溶洞或串珠状溶洞，围岩稳定性较差，提请施工时加强支护防止坍塌和突泥涌水；
4 D8K160+589～631 围岩较破碎，岩溶弱发育。
2．3地质雷达
2．3．1方法原理
地质雷达是利用超高频窄脉冲电磁波探测介质分布的一种地球物理勘探仪器，其工作原理是发射天线向隧道掌子面前方发射电磁波信号(106～109Hz)，在电磁波向掌子面前方传播的过程中，当遇到电性差异的目标体(如空洞、裂隙、岩溶、地下水等)时，电磁波便发生反射，由接收天线接收反射波。在对地质雷达数据进行处理和分析的基础上，根据雷达波形、电磁场强度、振幅和双程走时等参数便可推断掌子面前方的地质构造。
2．3．2测线布置
根据开挖断面的实际情况，在掌子面上布置了横（上）、横（下）和纵（左）、纵（右）共4条测线，成井字形分布，各测线位置见下表。
测线名称 测线起点 测线长度（m）
横（上） 距左边墙0.6m，距隧底1.2m 5.8
横（下） 距左边墙0.6m，距拱顶1.2m 6.6
纵（左） 距左边墙1.2m，距隧底0.6m 5.8
纵（右） 距右边墙1.2m，距隧底0.6m 5.5
由于掌子面凹凸不平，天线不能密贴掌子面等客观条件限制，对雷达数据采集质量有一定的影响。
2．3．3工作方法
现场数据采集采用时测方法。采样速度2km/h。测量时窗选取600ns。异常解释依据实测雷达剖面图，结合地质资料综合解释,分析认为：
a、横测线：
. 横（上）测线：掌子面前方0m～14m内，同相轴连续，反射强烈，14～30 m反射界面较弱。
.横（下）测线：掌子面前方0m～10m内，同相轴较连续，反射强烈，10～30 m反射界面较弱。
b、纵测线：
.纵（左）测线：掌子面前方0m～15m，同相轴连续，反射强烈，15～30 m反射界面较弱。
.纵（右）测线：掌子面前方0m～11m，同相轴连续，反射强烈，11～30 m反射界面较弱。
2．3．4结论与建议
序号 预报里程 围岩实际情况
1 D8K160+537～552 岩体整体破碎，节理裂隙发育，可能有中小型溶洞发育，溶洞在左边墙侧较右边墙侧向前延伸距离远。
2 D8K160+552～567 岩体整体较完整，节理裂隙较发育，岩溶弱发育。
3方斗山隧道D8K160+543溶洞
方斗山隧道是渝利线关键性控制工程，全长4918m，施工过程中采用多种超前预报综合印证。超前地质预报主要以地质分析为核心，地震反射法、水平超前探孔、红外探水等方法为主要手段，必须将物探解释与地质分析紧密结合。洞内外结合，洞内以预报为主，洞外结合设计院地勘资料综合分析为洞内准确预报提供参考。地下水发育，存在岩溶管道等，后经施工开挖验证，预报成果与开挖结果基本对应，取得了较好的地质预报效果。为日后类似工程施工留下了宝贵的施工经验。
方斗山隧道設计总涌水量Q总= 2.793×104(m3/d) ，取2.8×104(m3/d)。最大溶水量按照正常的3倍取值Q最大＝8.4×104(m3/d)。
2010年10月16日溶洞第二次涌水经测定每小时涌水量高达21600M3/h，经统计24小时出水量达111850M3。下午16时，设计相关人员现场查勘并对水流速也进行了观测，0.6 m/s，涌水量在逐渐的减小。按照现场测定流量数据绘制涌水曲线表二：
Q设计最大﹤Q实际，结合设计资料，岩溶管道水在深部则以网络状岩溶裂隙、岩溶管道以及巨大的溶蚀～侵蚀洞穴为主。地下水具有庞大复杂的运移赋存空间，地下水十分丰富，径流复杂，常以岩溶大泉、暗河出露地表，该含水岩组地下水的富水性属富水，对隧道的影响极大。隧道自溶洞揭示到2011年3月涌水观察，涌水时间大致是大气强降水后48小时，大气降雨后地表水延裂隙管道顺层运移和排泄。
4 结语
在隧道施工过程中进行地质预报，各种超前地质预报方法都有一定的优缺点和局限性，应该取长补短，综合分析提高预报准确率，使隧道超前地质灾害预报达到事半功倍的效果。
参考文献：
［1］常士骠主编.工程地质手册.北京:中国建筑工业出版社，1992.
［2］中国铁路工程总公司编写.中国铁路工程物探五十年.北京:中国铁道出版社，2003.
［3］铁路超前地质预报规范北京:中国铁道出版社，2008.
［4］吴江滨.超前地质预报在隧道工程中的应用 工程地质学报，2003。
［5］李勇等.隧道施工地质超前预报方法 地质与资源，2004.
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：复杂地质条件；超前地质预报；隧道施工；实际应用
Abstract: This paper briefly describes the various advance geological forecast the application in the engineering practice, this paper puts forward in the complex geological conditions, using various methods for comprehensive forecast, and the levites to chongqing railway party doosan tunnel, for example, in the process of tunnel construction to geological forecast method as the core, TSP203 advance geological forecast system, infrared agents such as water, geological radar main method, in tunnels for advance geological forecast, to avoid risk of tunnel construction to provide favorable conditions, all kinds of forecasting methods validation D8K160 + 543 for the karst geological conditions.
Keywords: complex geological conditions; Advance geological forecast; Tunnel construction; Practical application
中图分类号：U455 文献标识码：A 文章编号：
引言：在隧道施工阶段开展地质预报工作对确保施工安全和进度具有十分重要的作用。随着国家对基础建设加大投入，隧道占工程结构物的比例越来越大，为了有效降低施工过程中风险。方斗山隧道经过专家风险评估，被确定为渝利铁路五大高风险隧道之一，是渝利铁路建设中一个控制性工程。
方斗山隧道全长4918m，隧进口里程为D8K158+512，出口里程为D8K163+430。隧道穿越可溶岩地段，岩性主要为中厚层状灰岩，白云质灰岩，泥质灰岩，岩溶角砾岩等，夹少量薄层钙质泥岩、页岩等。地表岩溶较为发育，岩体中发育有2～3组构造节理，隧道大多位于岩溶水水平循环带，局部位于垂直循环带，T2l、T1j4、T1j2、P2w地层，P1m地下水具有弱~中等侵蚀性，T1j4及T1j2为泥质灰岩及岩溶角砾岩，这些界面容易产生崩塌，滑落、涌水等现在，也可能发育溶洞及产生岩溶突水，坍塌。为了降低施工过程中岩溶对施工影响，采用多种超前地质预报手段并纳入工序管理。
1常规地质法
1.1正洞地质素描
地质素描是对开挖面的地质情况如实而准确的反映。素描的主要内容包括地层岩性、构造发育情况（含断层、贯穿性节理、夹层或岩脉）、地下水的出水状态、围岩的稳定性及初期支护采用的方法等。正洞地质素描是利用所見到正洞已开挖段的地质情况预报前方可能出现的不良地质条件（断层等）。正洞地质素描的优点是不占用施工时间，设备简单，不干扰施工，出结果快，预报的效果好，而且为整个隧道提供了完整的地质资料；缺点是对与隧道夹角较大而又向前倾的结构面容易产生漏报。 D8K160+539～D8K160+543对掌子面进行判断：掌子面为灰黑色泥质灰岩夹灰岩，层间局部充填白色方解石脉，掌子面有滴状水，在掌子面右上及右中部层间夹黄泥，约2~3cm厚，岩体整体较完整，局部破碎，岩质较硬，局部较软，中厚至厚层状，整体弱风化。局部强风化，层间结合能力较差，围岩稳定性较差，易掉块。建议采取及时支护，加强洞顶岩层变化观测。
1.2超前炮孔加深
超前炮孔加深是在长距离预报基础上实施的，在整个施工过程中方斗山隧道岩溶早期发现都是此种方法结合预测出来，准确率达到90%以上。
1.3水平超前探孔
水平超前探孔方法是在隧道内安放水平钻机进行水平钻进，根据隧道中线水平方向上钻孔资料来推断隧道前方的地质情况,钻孔的数量、角度及钻孔长度可人为设计和控制。方斗山隧道采用进口的150-C型矿岩钻机每循环一般在60m～70m，一般可根据钻进速度的变化、钻孔取芯鉴定、钻孔冲洗液的颜色、气味、岩粉以及在钻探过程中遇到的其他情况来判断。这种方法可以反映岩体的大概情况，比较直观，施工人员可根据现场的地质情况来安排下一步的施工组织。但该方法也存在不足之处：①在复杂地质条件下预报效果较差，很难预测到正洞掌子面前方的小断层和贯穿性大节理，特别是与隧道轴线平行的结构面，其预报无反映；②钻孔与钻孔之间的地质情况反映不出来；占用开挖工作面时间长。D8K160+507掌子面超前水平钻孔实际地质情况见下表：
序号 预报里程 围岩实际情况
1 D8K160+507~+538 灰黑色灰岩夹泥质灰岩，局部夹少许黄泥，岩质较硬，局部较软，弱风化为主，钻进平稳，无卡钻现象，冲洗液为灰色，局部夹黄色，前方地质情况推测：岩体整体较完整，局部较破碎，节理裂隙较发育，地下水不发育，围岩稳定性一般；
2 D8K160+538~+543 灰黑色泥质灰岩，岩质较软，弱风化为主，冲洗液为灰黑色，钻进较快，前方地质情况推测：岩体较破碎，节理裂隙较发育，地下水不发育，围岩稳定性一般；
3 D8K160+543~+553 黑色泥质灰岩夹黄泥，岩质较软，弱风化为主，钻进较快，出现卡钻现象，冲洗液为灰黑色夹黄色，前方地质情况推测：岩体整体较破碎，节理裂隙发育，岩溶发育，可能有中小型无水溶洞发育，围岩稳定性较差，地下水不发育；
4 D8K160+553~+569 灰色灰岩夹泥质灰岩，岩质较硬，弱风化为主，钻进平稳，无卡钻现象，冲洗液为灰白色，局部灰色，终孔后无水流出，前方地质情况推测：岩体整体较完整，节理裂隙较发育，围岩稳定性一般，地下水不发育。
通过此次探孔，基本探明了隧道D8K160+507～+569段地质情况，主要以灰色灰岩夹灰黑色泥质灰岩为主，局部夹黄泥，岩质较软，局部较硬，弱风化为主，岩体整体较完整，局部较破碎～破碎，节理裂隙较发育，局部岩溶发育，围岩稳定性较差，地下水不发育。在D8K160+541～+553段可能有中小型干溶洞或软弱夹层发育，围岩稳定性较差。
2物探方法
地球物理探测是间接、无损的测试手段，在隧道超前地质预报中，常用的方法有地震波反射法、红外探水、地质雷达等，方斗山隧道施工过程中主要采用目前这三种较为普遍、先进、可行的三种物探手段。
2．1红外探测
所有物体都发射出不可见的红外线能量，这能量的大小与物体的发射率成正比。而发射率的大小取决于物体的物质和它的表面状况。当隧道掌子面前方及周边介质单一时，所测得的红外场为正常场，当前面存在隐伏含水构造或有水时，他们所产生的场强要叠加到正常场上，从而使正常场产生畸变。据此判断掌子面前方一定范围内有无含水构造。
现场测试有两种方法：一是在掌子面上，分上、中、下及左、中、右六条测线的交点测取9个数据，根据这9个数据之间的最大差值来判断是否有水；二是由掌子面向掘进后方（或洞口）按左边墙、拱部、右边墙的顺序进行测试，每5m或3m测取一组数据，共测取50m或30m，并绘制相应的红外辐射曲线，根据曲线的趋势判断前方有无含水。
红外探测的特点是可以实现对隧道全空间、全方位的探测，仪器操作简单，能预测到隧道外围空间及掘进前方30m范围内是否存在隐伏水体或含水构造，而且可利用施工间歇期测试，基本不占用施工时间，但没有定量说明，只是大致根据现场测试数据推测。HW-304红外探测仪对隧道D8K160+523掌子面进行探测，此次探测数据见下图。
根据现场所测左边墙、右边墙与拱部的辐射场强值(从掌子面往已开挖段每隔5m布置一个测点)，绘制曲线见附图，可以看出：在所测区域，红外辐射场强值向掌子面方向无异常突变趋势。
结合场强图平稳走向趋势推测D8K160+523~D8K160+553段裂隙水不发育，前方无出水可能。
2．2地震波反射法
2．2．1TSP（Tunnel Seismic Prediction ahead）法，即隧道前方地震预报或超前地质预报，它的基本原理如下：
如图1所示，在隧道掌子面附近边墙一定范围内布置激发孔，通过在孔中人工激发地震波，所产生的地震波以球面波的形式在隧道围岩中传播，当围岩波阻抗发生变化时（例如遇岩溶、断层或岩层的分界面），一部分地震波将会被反射回来，另一部分地震波将会继续向前传播。反射的地震波由高精度的接收器所接收并传递到主机形成地震波记录（见图2）。
图1TSP法工作原理示意 图2 TSP法波形记录
对TSP203 Plus仪器采集的数据利用TSPwin软件进行处理，可以获得隧道掌子面前方的P波、SH波和SV波的时间剖面、深度偏移剖面、岩石的反射层位、物理力学参数、各反射层能量大小等中间成果资料，同时还可得到反射层的二维和三维空间分布，根据上述资料预报隧道掌子面前方的地质情况，如溶洞、软弱岩层、断层、裂隙及富水情况等不良地质体。
2．2．2观测系统
在隧道里程D8K160+434的左边墙和右边墙位置分别布置一个地震波信息接收孔，孔径为50mm，一号孔深约为1.25m，二号孔深约为1.35m,孔高约1.4m；在D8K160+458～+488段的右边墙，按约1.1m的间距布置24个激发孔分别激发地震波，孔径约45mm，孔深约1.5m，孔高约1.24m，孔向下倾斜约8º，每个激发孔装填的药量为50g。
2．2．3资料处理
将现场采集的资料传输至计算机，利用TSPwin软件对其进行处理，TSPwin软件主要由数据库、处理、计算反射界面三部分组成。
、数据库
编辑现场采集的数据和定义观测系统。
、处理
对原始数据进行放大、能量均衡、滤波等流程的处理。
、计算反射界面
在波形处理后，从地震波形记录中拾取纵波波至和横波波至，根据爆炸点与检波器的距离可分别计算各段围岩的纵波速度vp和横波速度vs。
vp和vs值的大小综合反映了围岩的物理力学性质，根据vp和vs值可直接计算动力学参数，即计算动弹性模量Ed、动剪切模量Gd和泊松比μd，计算式如下：
Ed=ρvs2（3vp2-4vs2）/（vp2-vs2）
Gd=ρvs2
μd=（vp2-2vs2）/2（vp2-vs2）
其中，ρ为围岩的密度。
根据绕射重叠法原理（与常规地震反射资料处理中偏移流程的原理类似）计算反射界面与隧道的相对位置，即与隧道轴线的交角或至掌子面的距离。
2．2．4资料解释
根据TSP法的原理和工作经验，把距离隧道轴线近、能量大的反射波组判释为围岩异常区，并综合地震波速、反射波相位、泊松比和杨氏模量等参数对围岩异常区的类别进行划分。
2．2．5结论
TSP预报时掌子面里程为：D8K160+515，预报里程范围为D8K160+515～+631段（即掌子面前方116m）。
序号 预报里程 围岩预测情况
1 D8K160+515～527 围岩较完整～较破碎，岩溶微弱发育。
2 D8K160+515～589 围岩较破碎～破碎，岩溶弱～中等发育。
3 D8K160+527～560
D8K160+572～589 两段存在溶蚀裂隙、溶洞或软弱夹层（如页岩、泥灰岩等），含（呈线状～雨淋状），特别是D8K160+540～+560段可能存在中型溶洞或串珠状溶洞，围岩稳定性较差，提请施工时加强支护防止坍塌和突泥涌水；
4 D8K160+589～631 围岩较破碎，岩溶弱发育。
2．3地质雷达
2．3．1方法原理
地质雷达是利用超高频窄脉冲电磁波探测介质分布的一种地球物理勘探仪器，其工作原理是发射天线向隧道掌子面前方发射电磁波信号(106～109Hz)，在电磁波向掌子面前方传播的过程中，当遇到电性差异的目标体(如空洞、裂隙、岩溶、地下水等)时，电磁波便发生反射，由接收天线接收反射波。在对地质雷达数据进行处理和分析的基础上，根据雷达波形、电磁场强度、振幅和双程走时等参数便可推断掌子面前方的地质构造。
2．3．2测线布置
根据开挖断面的实际情况，在掌子面上布置了横（上）、横（下）和纵（左）、纵（右）共4条测线，成井字形分布，各测线位置见下表。
测线名称 测线起点 测线长度（m）
横（上） 距左边墙0.6m，距隧底1.2m 5.8
横（下） 距左边墙0.6m，距拱顶1.2m 6.6
纵（左） 距左边墙1.2m，距隧底0.6m 5.8
纵（右） 距右边墙1.2m，距隧底0.6m 5.5
由于掌子面凹凸不平，天线不能密贴掌子面等客观条件限制，对雷达数据采集质量有一定的影响。
2．3．3工作方法
现场数据采集采用时测方法。采样速度2km/h。测量时窗选取600ns。异常解释依据实测雷达剖面图，结合地质资料综合解释,分析认为：
a、横测线：
. 横（上）测线：掌子面前方0m～14m内，同相轴连续，反射强烈，14～30 m反射界面较弱。
.横（下）测线：掌子面前方0m～10m内，同相轴较连续，反射强烈，10～30 m反射界面较弱。
b、纵测线：
.纵（左）测线：掌子面前方0m～15m，同相轴连续，反射强烈，15～30 m反射界面较弱。
.纵（右）测线：掌子面前方0m～11m，同相轴连续，反射强烈，11～30 m反射界面较弱。
2．3．4结论与建议
序号 预报里程 围岩实际情况
1 D8K160+537～552 岩体整体破碎，节理裂隙发育，可能有中小型溶洞发育，溶洞在左边墙侧较右边墙侧向前延伸距离远。
2 D8K160+552～567 岩体整体较完整，节理裂隙较发育，岩溶弱发育。
3方斗山隧道D8K160+543溶洞
方斗山隧道是渝利线关键性控制工程，全长4918m，施工过程中采用多种超前预报综合印证。超前地质预报主要以地质分析为核心，地震反射法、水平超前探孔、红外探水等方法为主要手段，必须将物探解释与地质分析紧密结合。洞内外结合，洞内以预报为主，洞外结合设计院地勘资料综合分析为洞内准确预报提供参考。地下水发育，存在岩溶管道等，后经施工开挖验证，预报成果与开挖结果基本对应，取得了较好的地质预报效果。为日后类似工程施工留下了宝贵的施工经验。
方斗山隧道設计总涌水量Q总= 2.793×104(m3/d) ，取2.8×104(m3/d)。最大溶水量按照正常的3倍取值Q最大＝8.4×104(m3/d)。
2010年10月16日溶洞第二次涌水经测定每小时涌水量高达21600M3/h，经统计24小时出水量达111850M3。下午16时，设计相关人员现场查勘并对水流速也进行了观测，0.6 m/s，涌水量在逐渐的减小。按照现场测定流量数据绘制涌水曲线表二：
Q设计最大﹤Q实际，结合设计资料，岩溶管道水在深部则以网络状岩溶裂隙、岩溶管道以及巨大的溶蚀～侵蚀洞穴为主。地下水具有庞大复杂的运移赋存空间，地下水十分丰富，径流复杂，常以岩溶大泉、暗河出露地表，该含水岩组地下水的富水性属富水，对隧道的影响极大。隧道自溶洞揭示到2011年3月涌水观察，涌水时间大致是大气强降水后48小时，大气降雨后地表水延裂隙管道顺层运移和排泄。
4 结语
在隧道施工过程中进行地质预报，各种超前地质预报方法都有一定的优缺点和局限性，应该取长补短，综合分析提高预报准确率，使隧道超前地质灾害预报达到事半功倍的效果。
参考文献：
［1］常士骠主编.工程地质手册.北京:中国建筑工业出版社，1992.
［2］中国铁路工程总公司编写.中国铁路工程物探五十年.北京:中国铁道出版社，2003.
［3］铁路超前地质预报规范北京:中国铁道出版社，2008.
［4］吴江滨.超前地质预报在隧道工程中的应用 工程地质学报，2003。
［5］李勇等.隧道施工地质超前预报方法 地质与资源，2004.
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。