前言：當前我國正在進行大（dà）規模的水利水電、鐵路和公路工程建（jiàn）設，需要修建大（dà）量的隧（suì）洞和洞室，而投入合（hé）理的超前預報技術將在減少和消除地下工程的災害發揮巨（jù）大作用。物探方法是超前地質預報中不可缺少的手段，綜合其他方法為更加（jiā）準確的（de）預報提供服務。
關鍵詞：超（chāo）前地質預報，物探方法，TSP
中圖分類號：P62文獻標識碼： A
物探方法是隧道超前地質預報方法中的一種，通過儀器設（shè）備對隧道開挖（wā）工作麵前（qián）方的工（gōng）程地（dì）質、水文地（dì）質條件及不（bú）良地質體（tǐ）的工程性質、位置、產狀、規模等進行探測，結合（hé）水平鑽探等方法（fǎ）綜合（hé）分析判釋及預報，並提出措施建議。
1.常用超前預報物探方法
隧道超前地質預報物理勘探法（fǎ）：包括彈性波反射法（地震波和聲波法）、電滋波反射法、紅外探測、電法、放射性監測等（děng）。用爆破、激振裝置等手段產生彈性波或用儀（yí）器發（fā）射電磁波，對不同界（jiè）麵（miàn）反射回的波形進行分析，預測、預報隧道前方（fāng）的工程地質、水文地質情況，其占（zhàn）用隧道循環時間較少，常用的物理勘探方（fāng）法有（yǒu）彈（dàn）性波法、地質雷達技術、紅外探測法、BEAM法等，其中彈性波法包括TSP、地震負（fù）視速度法、TST、水平聲（shēng）波（bō）剖麵法(HSP)、TRT、陸（lù）地聲納法及麵波法。
2.主要物探（tàn）方法
1）地震（zhèn）波反射法
①方法原理
地（dì）震波反射法利用人工激發的地震波在（zài）不均勻（yún）地質體中所產生的反射波特性來預報（bào）隧道開挖（wā）工（gōng）作麵前方地質情況，屬多（duō）波（bō）多分量（liàng）探測（cè）技術，適（shì）用於劃分地層界線、查找地質構造、探測（cè）不良地質體的厚（hòu）度和範圍。該（gāi）方法根據探測（cè）裝置布設與采用設備的不（bú）同又分（fèn）為3種常用預報係統：TSP203（Tunnel Seismic Prediction，瑞士）、TGP206（Tunnel Geology Prediction，國產）及TRT6000（Tunnel Reflection Tomography，美國）。
TRT6000勘測成本低，操（cāo）作簡單，結果準確、全麵、直觀，代表隧道超前（qián）預報領域（yù）最新領先（xiān）的技術，是隧道超前預報係統發展的方向， 表現在如下幾個方麵：
a）一般可使用錘擊（jī）作為震源，可重複利用，不需要耗材，成本（běn）較爆炸震源低廉。
b）采用高精度的傳感（gǎn）器和無線傳（chuán）輸技術，靈敏度高，最大（dà）程（chéng）度地保留了高頻信號，提高了精度及探測距離（硬質岩中為300m，軟質岩（yán）中為150m）。
c）傳感器布點采用立體布點方式，在隧道兩邊分（fèn）別布置4個傳感器（qì），然後在隧道頂上布置兩（liǎng）個傳感器，從而獲（huò）得真實的三維立體圖，直觀的再現了異常體（tǐ）的位置、形態、大小。
d）采用了層析掃描的圖像處理方式，繪製三維視圖，可以從多個角（jiǎo）度觀察缺陷，使得圖像（xiàng）更（gèng）加清晰，易於理解，從而更加輕鬆地進（jìn）行缺陷診斷。
①有效探測距離要求：地（dì）震波反射法連續預報時前後兩（liǎng）次應重疊10m以上，每次預報距離100～150m。軟弱破碎地層或岩溶發育區，每次預報距離應為100m左右；岩體完整的（de）硬（yìng）質岩（yán）地（dì）層每次可預報150m或以上。
②資料（liào）分析要求：數據采集時應對（duì）每一炮的波幅進行調節，記錄不好（hǎo）或（huò）存在幹擾時應重新放（fàng）炮；對采（cǎi）集的數據及時進行三（sān）維波場處理，提取反射界麵；對（duì）所采集的原始（shǐ）數據經（jīng）軟件（jiàn）處理後，以P波（bō）剖麵資料為（wéi）主對（duì）岩層進行劃分，結合橫波資（zī）料對地質（zhì）現象進行解釋。
③達到目的：通（tōng）過地震波反射法，可以得出隧道開挖麵前方圍岩的工程地質與水文地質條件，特別是影響施工方案調（diào）整、具有安全（quán）隱患的地質條件，如軟弱夾（jiá）層、斷層破（pò）碎帶、節理密集帶等地質體的性質、規模和位置等（děng）；結合岩體物（wù）理力學參數（shù）、圍岩軟硬、含（hán）水情況、構造（zào）影響程度（dù）、節理裂（liè）隙發育情況等資料，對圍岩情況進（jìn）行初步評估（gū）。
2）地質雷（léi）達法
地質（zhì）雷達（dá）探測預報屬於電磁波物探技術，是（shì）利用電磁波在隧道開挖工作麵前方（fāng）岩體（tǐ）中的傳播及反射，根據傳播速度（dù）和反射脈衝（chōng）波走時進（jìn）行超前地質預報的一種物探方法。主要用於岩溶探測，亦可（kě）用於斷（duàn）層破碎帶、軟弱（ruò）夾層等不均勻地質體的（de）探測。
地質雷達在完整可溶岩地（dì）段預報距離（lí）宜（yí）在30m以（yǐ）內，在岩（yán）溶發育地段（duàn）的有效（xiào）探測長度則應根（gēn）據雷達波形判定。連（lián）續預（yù）報時前後兩次重疊長度應在5m以（yǐ）上。
3）紅外探測
地下水的活動（dòng）會引起岩體紅外輻射場強的變化，利用紅外線進行超前探水是目前較為先進的一種地下水探測預報方法，能夠定性確定一定深度（20m-30 m）範圍地層中含水的部位（wèi）和類型，現已廣泛地應用於地下工程施工中的地下水探測。該方法測量快速，與施工幹擾（rǎo）小，有較高的定性判別準（zhǔn）確率；但（dàn）無法（fǎ）預報水量和含水體具體前方（fāng）位置等定量指標。
①紅外線超前探水法的原理（lǐ）
任何物體都會發射出紅外線，形成一（yī）個紅外場（chǎng）。將一個穩定（dìng）的質（zhì）體作為探測對象的場源時，由（yóu）該物體（tǐ）所（suǒ）形（xíng）成的紅外場的強度與場源本身的（de）場強（qiáng）相一致。當地質體中含地下水，那麽地（dì）下水場（chǎng）源產生的紅外場會對地質（zhì）體場（chǎng）源所產（chǎn）生（shēng）紅外場產生影響，使（shǐ）其場強發生變（biàn）化。地質體所形成的（de）紅外場場強變化可用紅外線探測儀探測。根據圍岩紅外場強的變化來預（yù）報（bào）掌子麵前方或洞壁四周是（shì）否隱狀含水體。
②紅外線（xiàn）超前探水（shuǐ）法的測線布置
在隧道施工中，主要（yào）通過探測掘進掌子麵岩體場強（qiáng）的變化差異值，和隧道開挖段圍（wéi）岩場強沿縱（zòng）向的變化規律，來推斷前（qián）方是（shì）否（fǒu）為隱伏含水構造（zào）體，有無發生突湧水的（de）可能。
③掘進掌子超（chāo）前探水的測線布置
掘進掌子麵場（chǎng）強測點布置，應根據掘進掌子（zǐ）麵的大小，將掘進掌子麵劃分為若幹（gàn）個區域，一般情況下，將掘進掌子（zǐ）麵劃分（fèn）為9個區域，每個區域設定1個測點。
沿已開挖隧道（dào）邊牆縱向進行測（cè）點布（bù）置時，分別（bié）在拱頂、兩側邊牆上各布置一條測線。從掘進掌子麵開始，向已開挖方（fāng）向（背離（lí）掘進掌子麵方向），每間隔1m~5m設置一個測（cè）點（diǎn），測點數不少（shǎo）於12個（gè）。
④使（shǐ）用環境條件
溫度（dù）：00C~＋400C濕度：應不（bú）大於80％。在潮濕環境工作不應超過8小時。大（dà）氣壓力：（0.8~1.1）×105Pa。無腐蝕性氣體和強電磁（cí）場（chǎng）幹擾。
⑤紅外線超前探水法的判據
a）根據掘進掌子麵場強差異進（jìn）行（háng）超前探水的判（pàn）據
通過對比分析掌子麵各測點的場強，判定掘進掌子麵是（shì）否存在含水構造體。根據以往測試經驗，判譯標準一（yī）般設定為：當掘進掌子麵測點中最大場強和最小場強的能量差大於等於（yú）10W/cm2，可判定前（qián）方存在含水構造體，否則不存在含水體構造。
b）根據隧道走向與場強曲線進行超前探水的判據
建（jiàn）立（lì）各測點的場強（y軸）與測點到掘進掌子麵的距（jù）離（軸）的函數關係，並繪（huì）製出函數圖形，根據函數圖形特征進行超前探（tàn）水預報。如果函數圖形為一水平直線，表明（míng）掌子麵（miàn）前方不存在含水構造。
如果（guǒ）函數圖形為一斜線（xiàn），表（biǎo）明掌子麵前方存在具有含水構造的可能性，需（xū）要進一步探（tàn）測。如果函數圖形開（kāi）始部分存（cún）在階躍突變，後部為水平或斜（xié）線（xiàn），表明掌子麵前方存在含水構（gòu）造。
結論：地質體是複雜的綜合體。企圖（tú）用（yòng）單一方法查明隧洞的全部地質條件是不可能的，因此應采用（yòng）物探方法、水平鑽探等（děng）綜合預報方法，查明隧道掌子麵前方空（kōng）間分布情況。根據地質條件的差異和不同精度要求，適時選用若幹種（zhǒng）方法相互補（bǔ）充和印證，才能獲得良好效果。
參考文（wén）獻：
（1）《鐵路隧道超前地（dì）質（zhì）預（yù）報技術指南》（鐵建設〔2008〕105號）；
（2）《鐵路工程物理勘探規（guī）範TB10013-2010》
（3）《爆破安全規程》(GB6722-2011)
