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摘要：超前地质水文预报是利用钻探和现代物探等手段，对因地质和水文勘察工作的技术措施、技术手段、现场条件等局限，而隐伏的、难以探查的重大地质和水文隐患和问题予以进一步提前查清楚查准确，并据已经掌握的地质水文灾害前兆和超前预测预报地质灾害，及时改进施工方法，调整施工工艺，确定防灾预案，进而指导工程施工，保证顺利进行。
关键词：隧道超前地质预报；地质水文灾害分级；分级预报 施工安全
1引言
在隧道施工过程中，通过超前地质水文预报来预测、判断施工工作面前方水文地质、工程地质等水文地质的现实状况，为隧道施工方案的调整优化提前提供全面有效可靠的地质水文依据。通过隧道地质水文预测，预报掌子面前方地段可能引发隧道地质和水文灾害的可能性及位置、性质与规模，并根据地質水文预测预报结果，提出相应有针对性的技术措施与对策建议，为设计变更和优化提供可靠的地质水文依据，有效降低和避免隧道施工灾害的发生，确保施工人员和设备安全，为提高工程质量、施工效率及经济效益提供技术支撑。
2隧道地质水文灾害分级及分级预报方式
2.1对地质水文灾害大致分为四级，以判断其对隧道施工安全、进度等方面的危害和影响程度。影响超前地质水文综合预报工作的具体因素详见表1。
A级水平：有较为重大的水文灾害和地质隐患的地段，如富含水体、地层破碎软弱、导水性良好的断层和破碎带，特大型、大型涌泥涌水地段，非可溶岩与可溶岩接触带，在物探方法探测中的重大异常地段，大型岩溶溶洞，大型人为坑洞，高地应力地段，特殊地质地段，可能诱发重大环境问题的地质和水文灾害地段，等。
B级水平：在物探方法探测中有较大物探异常的地段，中小型涌泥涌水地段，断裂破碎带等。
C级水平：发生涌泥涌水可能性小、地质水文条件较好的碳酸盐岩及碎屑岩地段。
D级水平：发生涌泥涌水可能性极小的小型断层破碎带和非可溶岩地段。
2.2分级预报方式
A级别预报（地质与水文复杂地段）：采用地震反射波法（TSP、TGP等）、超前水平钻探法、地质雷达法、加深爆破炮孔法、地质素描法法等多种有效、适合的手段进行综合预测。首先以快捷的长距离地震反射波法对隧道掌子面前方进行初步预测，然后利用超前钻探适合于中长距离和雷达探测适合短距离的特点，对隧道掌子面前方一定距离的地质水文情况进行进一步准确的探测预测。为准确指导施工，每次开挖循环都要加深炮孔探测。
B级别预报（地质与水文较复杂地段）：利用地震反射波法、地质素描法并辅以地质雷达法（必要时利用单孔超前水平钻和加深炮孔方法）。当局部地段较复杂或对其具体地质水文情况不确定时，则按A级别要求实施。
C级别预报（地质与水文中等复杂地段）：主要以加深炮孔和地质素描两种预报预测方式为主，必要时辅以其它适合探测方式。对重要的地质（层）水文界面、断层或物探异常段落，利用地震反射波法（必要时利用单孔超前钻探法）。
D 级别预报（地质与水文状况简单明了地段）：采用地质素描、辅以加深炮孔。对于可能存在异常地段，为确保探测预报精度，可进行地震反射波法进行探明判断，必要时实施单孔或多孔超前钻探。
2.3总之，根据多年的隧道施工经验，隧道超前地质水文预测预报中，坚持以下原则和要求，即可较好地保证施工安全可控：洞内后期超前预报与洞外前期勘察勘探相结合，理论技术方法与物探实探方法相结合，辅助导洞导坑超前揭示与正洞主洞预测相结合，单种预报方法为主与多种综合预报方法相结合，开展贯穿于施工全过程的多手段和多措施、多层次和多阶段、多方位和多角度、多目的和多目标的综合超前地质水文预报，为施工安全提供可靠技术保障。
3某长大隧道对施工中地质水文灾害的综合超前预报措施与实施方案
该长大隧道施工中，将地质水文综合超前预报工作作为重要环节和工序，纳入施组和施工方案中，必要时，应单独编制相关预报方案。依据隧道施工安全风险因素、地质水文复杂程度和提前预估的地质水文隐患和问题、技术难度，结合已有施工经验教训，选择切实可行、经济适用、互为印证、相互补充的预测预报方法和手段，开展地质水文综合超前预报，确保探测技术合理，预报结果可靠。
3.1某长大隧道存在的主要地质风险
隧道区内岩层主要为安山岩、流纹斑岩等火成岩及石英砂岩、砂质泥岩等沉积岩，出口段局部为白云岩及湿陷性黄土。受地形和构造影响，隧址区岩体节理裂隙发育，多较破碎～破碎，岩土体风化剧烈，局部存在软硬不均及差异风化的问题。隧道施工时可能遇到的地质风险有：
（1）进口主要为强～弱风化安山岩，岩体多破碎，易发生边仰波坍塌；出口段局部洞身位于自重湿陷性黄土中，处理不当易发生边坡变形溜坍及地基湿陷。
（2）受区内各类构造影响，节理裂隙发育，岩体可能被不利结构面切割，节理面张开，结构强度降低，在隧道开挖中易形成“楔形”不稳定岩块，受到施工爆破、地下水下渗等影响后，开挖后易产生掉块、小型坍塌等工程问题。
（3）水源减量或枯竭：本区地表水水系局部较发育，大多为V型冲沟中的细小急流，局部发育孟家河、小妹河等山间河流，丰水期主要靠大气降雨补给，枯水期主要靠高处地下水补给。地下水主要靠大气降水补给，并与地表水形成一定的相互转化关系，地表水在长大冲沟位置的断裂处与地下水融为一体。在高程上由于隧道全段均在地表水系的下面，隧道穿越断裂带时，破坏了原有自然存在的地表水与地下水互补平衡和补迳排条件，形成地下水贯通性汇集走廊，使地下水改变原有的迳流方向而向隧道汇集，造成地表水流失甚至枯竭。
（4）涌水涌泥：隧道的涌水涌泥现象主要集中在各断裂破碎带及节理裂隙密集发育带内、不同期火成岩喷出接触带、火成岩与沉积岩接触带及出口段白云岩岩溶较发育区等地段。隧址区断裂发育，断裂带内岩体强烈破碎，结构松散，富水性好，含水量大，是良好的导水通道。饱水使断裂带内岩土性态恶化，稳定性变差，在穿越断裂破碎带、接触带地段施工隧道时，极易发生涌水涌泥现象，威胁人身和机器设备的安全。 （5）放射性：隧道施工过程中在局部深埋火成岩区可能出现放射性超标，会对施工人员产生辐射影响，隧道施工会产生大量的废渣（石），废水及气（扬尘）处理不好就会造成环境的污染破坏。
（6）隧道出口段洞身围岩主要为白云岩，施工可能碰到溶洞和溶槽等岩溶现象，有涌水涌泥的风险；
3.2超前地质预报方案
本隧道在碎屑岩区的主要地质问题是断层、不同岩组分界线等。根据碎屑岩区隧道地质复杂程度分级，拟定超前地质预报设计方案。预报实施过程中，应及时分析修改地质复杂程度分级并调整预报设计方案。
（1）地质复杂地段的超前地质预报设计方案
①地质素描每施工循环一次；
②长距离彈性波反射法每100m一次；
③在富水地段采用高分辨率直流电法探测，每次探测距离不超过80m；
④中～长距离超前钻孔1孔贯通探测；
⑤加深炮孔3孔贯通；
⑥水文地质监测：较为集中的汇水点、重要的出水点、水量较大的重要井泉、超前地质钻孔等均需进行水量监测，每天一次，水量变化时，加密频次；每个超前钻孔不少于一次水压监测；降雨量监测连续进行，每天记录日降雨量。
（2） 地质较复杂地段的超前地质预报设计方案
①地质素描每施工循环一次；
②长距离弹性波反射法贯通探测，每100m一次；
③异常地段中距离超前钻孔1孔探测；
④加深炮孔3孔贯通探测；
⑤水文地质监测：较为集中的汇水点、重要的出水点、水量较大的重要井泉、超前地质钻孔（有水时）等均需进行水量监测，每天一次，水量变化时，加密频次；每个超前钻孔不少于一次水压监测；降雨量监测连续进行，每天记录日降雨量。
（3）地质中等复杂地段的超前地质预报设计方案
①地质素描，每施工循环进行一次；
②对可能存在断层破碎带的地段，采用长距离弹性波反射法探测预报，每100m进行一次；
③对物探异常地段，采用中距离超前钻孔探测预报，数量一个；
④采用3孔加深炮孔进行连续贯通探测；
⑤水文地质监测：有水的超前钻孔、较为集中的汇水点、重要的出水点、水量较大的重要井泉等均需进行水量监测，每天一次，水量变化时，加密频次；每个超前钻孔不少于一次水压监测；降雨量监测连续进行，每天记录日降雨量。
（4）地质简单地段的超前地质预报设计方案
①地质素描每30m一次，地质条件变化时每循环一次；
②对可能存在断层破碎带的地段，采用长距离弹性波反射法探测预报，每100m进行一次；；
③对物探异常地段，采用中距离超前钻孔探测预报，数量一个；
④采用1孔加深炮孔进行连续贯通探测预报；
3.3超前地质水文综合预报的基本内容
超前地质水文综合预报的目的是根据隧道围岩地质水文复杂异常程度分级分类，确定隧道施工掌子面前方及周围发生塌方、掉块、冒顶、突（涌）水（泥）、岩溶发育情况、岩溶水压力值和赋存规模、放射性等灾害的性质特征、位置规模、强度和影响范围等的可能性及程度，然后据之采用相应有效可靠的预测预报技术手段（主要是地质素描、地质雷达、地震反射波法、加深炮孔、超前地质钻探）。根据综合预报结果，应建立相应的专项施工方案与灾害应急处理方案，为隧道动态设计、专项施工方案制订、风险防范提供可靠依据和准确前提，确保风险隧道施工安全可控。
超前地质水文综合预报内容为：①地质水文施工预测预报；②施工围岩分级分类描述及稳定性评价；③地质水文灾害评估及设计与施工应急预案。
4结论
隧道施工超前地质预报，是保证施工安全的前提手段，本项目结合设计资料，采用不同的预报方式，优化开挖方法及调整支护参数，顺利通过了相关富水断层破碎带及软弱围岩破碎带，提高了在该段地质围岩复杂情况下的施工功效，缩短了施工工期，预防了因隧道塌方、突泥、涌水等可能的灾害事故，为顺利施工、参建人员的生命安全和财产安全提供了有利保障。
参考文献：
1.《铁路隧道超前地质预报技术指南》铁建设〔2008〕105号
2.《关于进一步加强铁路隧道施工超前地质预报工作的通知》铁建设函〔2006〕340号
3.《关于进一步明确软弱围岩及不良地质铁路隧道设计施工有关技术规定的通知》铁建设〔2010〕120号文
4.《铁路隧道设计规范》（JB-10003-2005）
5.《铁路隧道工程施工技术指南》（TZ204-2008）
6.《铁路隧道钻爆法施工工艺及作业指南》（TZ-231-2007）
7.《铁路工程地质勘察规范》（TB-10012-2007.J-124-2007）及修订条文
8.《铁路工程物理勘探规范》（TB-10013-2010.J-1089-2010）
9.《铁路工程水文地质勘测规程》（TBJ-10049-2004）
10.《铁路隧道监控量测技术规范》（TB10121-2007）
11.《铁路隧道风险评估与管理暂行规定》（TB10121-2007）
12.《隧道工程地质勘察报告》
作者简介：李祥磊（1985-），男，辽宁本溪人，工程师，本科，从事铁路和公路工程施工工作。
（作者单位：中铁十六局集团第五工程有限公司）
关键词：隧道超前地质预报；地质水文灾害分级；分级预报 施工安全
1引言
在隧道施工过程中，通过超前地质水文预报来预测、判断施工工作面前方水文地质、工程地质等水文地质的现实状况，为隧道施工方案的调整优化提前提供全面有效可靠的地质水文依据。通过隧道地质水文预测，预报掌子面前方地段可能引发隧道地质和水文灾害的可能性及位置、性质与规模，并根据地質水文预测预报结果，提出相应有针对性的技术措施与对策建议，为设计变更和优化提供可靠的地质水文依据，有效降低和避免隧道施工灾害的发生，确保施工人员和设备安全，为提高工程质量、施工效率及经济效益提供技术支撑。
2隧道地质水文灾害分级及分级预报方式
2.1对地质水文灾害大致分为四级，以判断其对隧道施工安全、进度等方面的危害和影响程度。影响超前地质水文综合预报工作的具体因素详见表1。
A级水平：有较为重大的水文灾害和地质隐患的地段，如富含水体、地层破碎软弱、导水性良好的断层和破碎带，特大型、大型涌泥涌水地段，非可溶岩与可溶岩接触带，在物探方法探测中的重大异常地段，大型岩溶溶洞，大型人为坑洞，高地应力地段，特殊地质地段，可能诱发重大环境问题的地质和水文灾害地段，等。
B级水平：在物探方法探测中有较大物探异常的地段，中小型涌泥涌水地段，断裂破碎带等。
C级水平：发生涌泥涌水可能性小、地质水文条件较好的碳酸盐岩及碎屑岩地段。
D级水平：发生涌泥涌水可能性极小的小型断层破碎带和非可溶岩地段。
2.2分级预报方式
A级别预报（地质与水文复杂地段）：采用地震反射波法（TSP、TGP等）、超前水平钻探法、地质雷达法、加深爆破炮孔法、地质素描法法等多种有效、适合的手段进行综合预测。首先以快捷的长距离地震反射波法对隧道掌子面前方进行初步预测，然后利用超前钻探适合于中长距离和雷达探测适合短距离的特点，对隧道掌子面前方一定距离的地质水文情况进行进一步准确的探测预测。为准确指导施工，每次开挖循环都要加深炮孔探测。
B级别预报（地质与水文较复杂地段）：利用地震反射波法、地质素描法并辅以地质雷达法（必要时利用单孔超前水平钻和加深炮孔方法）。当局部地段较复杂或对其具体地质水文情况不确定时，则按A级别要求实施。
C级别预报（地质与水文中等复杂地段）：主要以加深炮孔和地质素描两种预报预测方式为主，必要时辅以其它适合探测方式。对重要的地质（层）水文界面、断层或物探异常段落，利用地震反射波法（必要时利用单孔超前钻探法）。
D 级别预报（地质与水文状况简单明了地段）：采用地质素描、辅以加深炮孔。对于可能存在异常地段，为确保探测预报精度，可进行地震反射波法进行探明判断，必要时实施单孔或多孔超前钻探。
2.3总之，根据多年的隧道施工经验，隧道超前地质水文预测预报中，坚持以下原则和要求，即可较好地保证施工安全可控：洞内后期超前预报与洞外前期勘察勘探相结合，理论技术方法与物探实探方法相结合，辅助导洞导坑超前揭示与正洞主洞预测相结合，单种预报方法为主与多种综合预报方法相结合，开展贯穿于施工全过程的多手段和多措施、多层次和多阶段、多方位和多角度、多目的和多目标的综合超前地质水文预报，为施工安全提供可靠技术保障。
3某长大隧道对施工中地质水文灾害的综合超前预报措施与实施方案
该长大隧道施工中，将地质水文综合超前预报工作作为重要环节和工序，纳入施组和施工方案中，必要时，应单独编制相关预报方案。依据隧道施工安全风险因素、地质水文复杂程度和提前预估的地质水文隐患和问题、技术难度，结合已有施工经验教训，选择切实可行、经济适用、互为印证、相互补充的预测预报方法和手段，开展地质水文综合超前预报，确保探测技术合理，预报结果可靠。
3.1某长大隧道存在的主要地质风险
隧道区内岩层主要为安山岩、流纹斑岩等火成岩及石英砂岩、砂质泥岩等沉积岩，出口段局部为白云岩及湿陷性黄土。受地形和构造影响，隧址区岩体节理裂隙发育，多较破碎～破碎，岩土体风化剧烈，局部存在软硬不均及差异风化的问题。隧道施工时可能遇到的地质风险有：
（1）进口主要为强～弱风化安山岩，岩体多破碎，易发生边仰波坍塌；出口段局部洞身位于自重湿陷性黄土中，处理不当易发生边坡变形溜坍及地基湿陷。
（2）受区内各类构造影响，节理裂隙发育，岩体可能被不利结构面切割，节理面张开，结构强度降低，在隧道开挖中易形成“楔形”不稳定岩块，受到施工爆破、地下水下渗等影响后，开挖后易产生掉块、小型坍塌等工程问题。
（3）水源减量或枯竭：本区地表水水系局部较发育，大多为V型冲沟中的细小急流，局部发育孟家河、小妹河等山间河流，丰水期主要靠大气降雨补给，枯水期主要靠高处地下水补给。地下水主要靠大气降水补给，并与地表水形成一定的相互转化关系，地表水在长大冲沟位置的断裂处与地下水融为一体。在高程上由于隧道全段均在地表水系的下面，隧道穿越断裂带时，破坏了原有自然存在的地表水与地下水互补平衡和补迳排条件，形成地下水贯通性汇集走廊，使地下水改变原有的迳流方向而向隧道汇集，造成地表水流失甚至枯竭。
（4）涌水涌泥：隧道的涌水涌泥现象主要集中在各断裂破碎带及节理裂隙密集发育带内、不同期火成岩喷出接触带、火成岩与沉积岩接触带及出口段白云岩岩溶较发育区等地段。隧址区断裂发育，断裂带内岩体强烈破碎，结构松散，富水性好，含水量大，是良好的导水通道。饱水使断裂带内岩土性态恶化，稳定性变差，在穿越断裂破碎带、接触带地段施工隧道时，极易发生涌水涌泥现象，威胁人身和机器设备的安全。 （5）放射性：隧道施工过程中在局部深埋火成岩区可能出现放射性超标，会对施工人员产生辐射影响，隧道施工会产生大量的废渣（石），废水及气（扬尘）处理不好就会造成环境的污染破坏。
（6）隧道出口段洞身围岩主要为白云岩，施工可能碰到溶洞和溶槽等岩溶现象，有涌水涌泥的风险；
3.2超前地质预报方案
本隧道在碎屑岩区的主要地质问题是断层、不同岩组分界线等。根据碎屑岩区隧道地质复杂程度分级，拟定超前地质预报设计方案。预报实施过程中，应及时分析修改地质复杂程度分级并调整预报设计方案。
（1）地质复杂地段的超前地质预报设计方案
①地质素描每施工循环一次；
②长距离彈性波反射法每100m一次；
③在富水地段采用高分辨率直流电法探测，每次探测距离不超过80m；
④中～长距离超前钻孔1孔贯通探测；
⑤加深炮孔3孔贯通；
⑥水文地质监测：较为集中的汇水点、重要的出水点、水量较大的重要井泉、超前地质钻孔等均需进行水量监测，每天一次，水量变化时，加密频次；每个超前钻孔不少于一次水压监测；降雨量监测连续进行，每天记录日降雨量。
（2） 地质较复杂地段的超前地质预报设计方案
①地质素描每施工循环一次；
②长距离弹性波反射法贯通探测，每100m一次；
③异常地段中距离超前钻孔1孔探测；
④加深炮孔3孔贯通探测；
⑤水文地质监测：较为集中的汇水点、重要的出水点、水量较大的重要井泉、超前地质钻孔（有水时）等均需进行水量监测，每天一次，水量变化时，加密频次；每个超前钻孔不少于一次水压监测；降雨量监测连续进行，每天记录日降雨量。
（3）地质中等复杂地段的超前地质预报设计方案
①地质素描，每施工循环进行一次；
②对可能存在断层破碎带的地段，采用长距离弹性波反射法探测预报，每100m进行一次；
③对物探异常地段，采用中距离超前钻孔探测预报，数量一个；
④采用3孔加深炮孔进行连续贯通探测；
⑤水文地质监测：有水的超前钻孔、较为集中的汇水点、重要的出水点、水量较大的重要井泉等均需进行水量监测，每天一次，水量变化时，加密频次；每个超前钻孔不少于一次水压监测；降雨量监测连续进行，每天记录日降雨量。
（4）地质简单地段的超前地质预报设计方案
①地质素描每30m一次，地质条件变化时每循环一次；
②对可能存在断层破碎带的地段，采用长距离弹性波反射法探测预报，每100m进行一次；；
③对物探异常地段，采用中距离超前钻孔探测预报，数量一个；
④采用1孔加深炮孔进行连续贯通探测预报；
3.3超前地质水文综合预报的基本内容
超前地质水文综合预报的目的是根据隧道围岩地质水文复杂异常程度分级分类，确定隧道施工掌子面前方及周围发生塌方、掉块、冒顶、突（涌）水（泥）、岩溶发育情况、岩溶水压力值和赋存规模、放射性等灾害的性质特征、位置规模、强度和影响范围等的可能性及程度，然后据之采用相应有效可靠的预测预报技术手段（主要是地质素描、地质雷达、地震反射波法、加深炮孔、超前地质钻探）。根据综合预报结果，应建立相应的专项施工方案与灾害应急处理方案，为隧道动态设计、专项施工方案制订、风险防范提供可靠依据和准确前提，确保风险隧道施工安全可控。
超前地质水文综合预报内容为：①地质水文施工预测预报；②施工围岩分级分类描述及稳定性评价；③地质水文灾害评估及设计与施工应急预案。
4结论
隧道施工超前地质预报，是保证施工安全的前提手段，本项目结合设计资料，采用不同的预报方式，优化开挖方法及调整支护参数，顺利通过了相关富水断层破碎带及软弱围岩破碎带，提高了在该段地质围岩复杂情况下的施工功效，缩短了施工工期，预防了因隧道塌方、突泥、涌水等可能的灾害事故，为顺利施工、参建人员的生命安全和财产安全提供了有利保障。
参考文献：
1.《铁路隧道超前地质预报技术指南》铁建设〔2008〕105号
2.《关于进一步加强铁路隧道施工超前地质预报工作的通知》铁建设函〔2006〕340号
3.《关于进一步明确软弱围岩及不良地质铁路隧道设计施工有关技术规定的通知》铁建设〔2010〕120号文
4.《铁路隧道设计规范》（JB-10003-2005）
5.《铁路隧道工程施工技术指南》（TZ204-2008）
6.《铁路隧道钻爆法施工工艺及作业指南》（TZ-231-2007）
7.《铁路工程地质勘察规范》（TB-10012-2007.J-124-2007）及修订条文
8.《铁路工程物理勘探规范》（TB-10013-2010.J-1089-2010）
9.《铁路工程水文地质勘测规程》（TBJ-10049-2004）
10.《铁路隧道监控量测技术规范》（TB10121-2007）
11.《铁路隧道风险评估与管理暂行规定》（TB10121-2007）
12.《隧道工程地质勘察报告》
作者简介：李祥磊（1985-），男，辽宁本溪人，工程师，本科，从事铁路和公路工程施工工作。
（作者单位：中铁十六局集团第五工程有限公司）