4.3.1 地质分析法
该方法根据隧道洞内外调查结果和隧道施工期掌子面地质条件调查结果，如岩体结构面产状及发育情况、岩体破碎程度、岩石变质程度等变化特征，通过地质作图及构造相关性分析，由地面构造产状推测其在地下隧道穿越深度位置的出露位置，由掌子面岩体结构面产状及发育状况、岩体破碎程度、岩石的变质程度推测掌子面前方可能出现的构造及其性质，进行超前预报。内容包括：掌子面前面是否存在断层、不同围岩类间的接触界面、隧道前方围岩的稳定性及失稳破坏形式等。
4.3.1.1 超前钻孔
1.原理
通过钻速测试、岩芯采取率统计、钻孔岩芯鉴定等来确定掌子面前方地层的展布、岩石的软硬程度、岩体完整性、可能存在的断层、空洞的分布位置，从而进行地质超前预报。超前钻探一般在隧道围岩复杂多变，并且在掌子面前可能有大的地质灾害出现的情况下使用。
图4－16 超前钻孔岩芯钻机
2.优点
可以直接从取出的岩芯或岩粉中了解前方的地质情况，方法直接可靠。
3.缺点
（1）成本高；
（2）速度慢，一般要10～20h；
（3）影响工期；
（4）探测结果仅为一孔之见，难以形成面；
（5）遇软弱岩层取芯困难；
（6）对岩溶隧道布孔位置带有偶然性；
（7）遇水或瓦斯地层时会遇到意想不到的问题。
4.3.1.2 地质素描
1.原理
工程地质调查法是隧道地质预报中使用最早的方法。该方法是通过调查与分析地表工程地质条件，了解隧道所处地段的地质结构特征，推断前方的地质情况。其调查的内容包括地层与岩性的产出特征、断裂构造与节理的发育规律、岩溶带发育的部位、走向、形态等，预测隧道掌子面前方的不良地质体可能的类型、出露部位、规模大小等，以便隧道施工中采取合理的工艺与措施，避免事故。这种预报方法在隧道埋深较浅、构造不太复杂的情况下有很高的准确性，但是在构造比较复杂地区和隧道深埋较大的情况下，该方法工作难度较大，准确性较差。这种方法目前仍在使用。
2.优点
直观、方便，不占用施工时间；是各种超前地质预报方法在掌子面处预报结果的唯一验证方法；通过地质素描预测可预报大断层、节理。
4.3.1.3 超前导坑法
1.原理：
超前导坑法可分为超前平行导坑和超前正洞导坑。平行导坑的布置平行于正洞，断面小而且和正洞之间有一定的距离，在施工过程中对导坑中遇到的构造、结构面或地下水等情况作地质素描图，通过作地质素描图对正洞的地质条件进行预报。
2.优点：
平行导坑超前的距离越长，预报也越早，施工中就有充分的准备时间，可以增加工作面，加快施工进度，还可以起到排水减压放水，改善通风条件和探明地质构造条件的作用。采用超前平行导坑进行预报比较直观，精度高，预报的距离长，便于施工人员安排施工计划和调整施工方案。超前正洞导洞 （坑）法则是先沿隧道正洞轴线开挖小导洞 （坑），探明前方的地质情况，再将导洞 （坑）扩为隧道断面，其作用与平行导坑相比，效果更好。
3.缺点：
一是成本太高，有时需要全洞进行平导开挖；二是在构造复杂地区准确度不高。
4.3.2 物探法
4.3.2.1 地质雷达GPR
1.原理
地质雷达是一种基于电磁波反射及传播原理的用于探测地下介质分布的广谱电磁技术，其利用主频为数十兆赫至千兆赫波段的电磁波，以宽频带短脉冲的形式，由掌子面通过天线发射器发送至前方围岩，经地层的界面发射后返回掌子面，为雷达天线接收器所接收，通过对所接收的雷达信号进行处理和图像解译，达到探测前方目标体的目的。
2.优点
（1）准确可靠、分辨率高；
（2）工作或数据处理自动化程度高；
（3）工作轻便、快速，可缩短工程周期；
（4）工作安全；
（5）仪器设备轻便，适应性强，可用于各种工作场地等。
3.缺点
（1）对于强磁性岩石 （含铁质较高的岩石），地质雷达不适用；
（2）不适合运用于区分两种电性相差不大的介质；
（3）设备较昂贵，在普通隧道施工中应用较少；
（4）掌子面不平整时对解释精度影响较大。
4.主要功能
（1）岩溶探测
岩溶与其周围的介质存在着较明显的物性差异，尤其是溶洞内的充填物与可溶性岩层之间存在的物性差异更明显。这些填充物一般是碎石土、水和空气等，这些介质与可溶性岩层本身由于介电常数不同形成电性界面。
当有岩溶发育时，反射波波幅和反射波组将随溶洞形态的变化横向上呈现出一定的变化。一般来说，溶洞雷达图像的特征是被溶洞侧壁的强反射所包围的弱反射空间，即界面反射是强反射，且常伴有弧形绕射现象；溶洞内的反射波则为弱反射：低幅、高频、波形细密，但当溶洞中充填风化碎石或有水时，局部雷达反射波可变强。
图4－17 岩溶带雷达波形 岩溶带实际照片
（2）富水带探测
富水带是含水量大的岩体区域，在隧道开挖后很可能产生涌水现象，水的相对介电常数较大，当岩体含水量较大时，介质的介电常数有较大的增大，而电磁波在介质中的传播速度则会降低，这样反射波表现较强的正峰异常，同时出现强反射，有时亦会产生内绕射、散射现象，导致波形紊乱，频率成分由高频向低频剧变。
图4－18 富水带雷达波形 富水带实际照片
（3）断层破碎带探测
在完整岩石与断层破碎带接触界面的两侧，由于破碎带内岩石的孔隙度和含水率均比完整岩石要大，而孔隙度和含水率对介质的介电参数等有较大影响，这就造成接触带两侧存在一定的波阻抗差异，致使电磁波在穿过界面进入破碎带内后其反射波能量增强、波形幅值增大，穿过破碎岩层时视其胶结程度而使得波形比较杂乱。
在雷达剖面上的波场特征为：地层反射波发育，同相轴错断，反射波振幅能量明显增强，电磁波频率发生变化，有时候会出现断面波、绕射波。因此，根据地质雷达的波形特征及相关地质资料，可以判明破碎带的厚度以及它与完整岩石的界面。
图4－19 断层破碎带波形 断层破碎带实际照片
（4）裂隙密集带探测
裂隙密集带主要存在于断层影响带、岩脉带及软弱夹层中，由于裂隙内有不同成分、不均匀的填充物，与周边围岩形成电性差异，因此具有采用地质雷达探测岩体中裂隙存在的地球物理基础。
当雷达电磁波传播到裂隙表面时，会产生较强的界面反射波，同相轴的连续性反映了裂面是否平直、连续；在穿越裂隙的过程中会产生绕射、散射、波形杂乱、波幅变化大，反映出裂隙内填充物的不均匀性。
图4－20 裂缝密集带雷达波形 裂缝密集带实际波形
4.3.2.2 地震波探测TSP／TGP
1.概述
（1）原理
隧道地震波探测超前地质预报系统，是由瑞士安伯格测量技术公司于2001年开发研制生产的，是目前国内外在该领域较先进的隧道隧洞及地下开挖工程的探测设备。
采用TSP／TGP进行超前地质预报，其原理主要应用震动波的回声原理，现场实施时先在隧道左侧或者右侧布置18～24个爆破点，各爆破点孔深1.5m，间距1.5m，成直线排列，作为爆破震动声源，并在爆破点以外距离20m处布设接收炮孔，接收孔深2.0m，与爆破孔成一条直线，接收孔可在隧道一侧或双侧进行设置，如下图所示。爆破孔及接收孔布置好后，在爆破孔内安放雷管进行爆破以激发震动声源，在接收孔内安放接收器以采集岩体内的震动波传播情况，整个数据采集过程均由专业软件进行。
图4－21 地震波探测炮孔布置
（2）TSP／TGP使用步骤
①布设炮孔，埋设检波器；
②起爆，记录地震波数据；
③数据处理，给出预报结果。
图4－22 地震波探测TSP／TGP
图4－23 地震波探测仪使用现场模拟
（3）数据记录
图4－24 TSP／TGP数据记录图像
2.缺点
（1）当断层、大型节理带与掌子面角度为钝角某一值时，并且隧道开挖空腔挡住震源产生的地震波穿透，不能经过反射镜面到接收装置，而产生部分断层等不能被TSP识别；
（2）现场的布点，起爆点、接收点钻孔的位置、长度、角度、水封闭炮孔的质量都会影响TSP质量；
（3）从目前国内实际使用情况看，由于采用进口设备软件，费用较高，在普通隧道施工中该方法应用较少。
4.3.3 监控量测法
监控量测必测项目如表4－2所列、选测项目如表4－3所列。
表4－2 隧道监控量测必测项目
表4－3 隧道监控量测选测项目
4.3.4 计算机模拟法
图4－25 计算机模拟预报
免责声明：以上内容源自网络，版权归原作者所有，如有侵犯您的原创版权请告知，我们将尽快删除相关内容。
