1 前言
　　向莆铁路淘金山隧道位于福建省沙县境内，设计为单洞双线，隧道全长8093m，洞身最大埋深252.77m，最大开挖断面145m2。该隧道为我指挥部地质条件较复杂的隧道，为了有效防范并降低施工风险，做到隧道开挖支护为动态施工，通过采用综合超前地质预报手段，即地质素描法、超前水平钻孔法、TSP203法，以获取开挖面前方不良地质信息，便于及时调整隧道施工方案，指导隧道安全施工，避免发生地质灾害。经现场施工应用，预报工作取得了较好效果，基本满足了施工现场安全的要求。
　　
　　2 工程地质概况
　　
　　根据地质资料显示，隧道通过地段为低山丘陵地貌，属构造剥蚀山地。隧址区系武夷山脉的中部南侧，区域构造上处于闽西南坳陷带的东北部，近邻闽西北隆起带。区域性政和～大埔北东向断裂在测区的南东部通过。本测区构造以北东向为主体，主要表现为走向NE～SW挤压断裂带和裂隙带。隧道区分布的地层较复杂，由老至新有元古代黄潭组、侏罗系下统梨山组、白垩系下统石帽山群黄坑组上下段、寨下组、均口组、次石英斑岩。此外零星分布有第四系坡残积层和冲洪积层。隧道穿越的围岩主要有：云母片岩、凝灰岩、潜石英正长斑岩等。隧道区发现断层9条，走向以北东向为主，个别走向北西，断层规模一般8～20m，以压性、压扭性为主，个别张扭性，其中与隧道中线相交的有7条，断层围岩稳定性差，断层主要为碎裂岩、角砾岩、麋棱岩等，其中7个断层（F2、F2-1、F3、F4、F6、F7、F9）均为强富水带。
　　
　　3 超前地质预报的原理及方法
　　
　　3.1 地质素描
　　全隧道均采用全断面地质素描。地质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、围岩的稳定性等。
　　开挖后利用地质锤、放大镜等工具对开挖面围岩类别、岩性、围岩风化变质情况、节理裂隙、产状、断层分布和形态、地下水等情况进行观察和测定后，绘制地质素描图，通过对洞内围岩地质特征变化分析来推测开挖面前方较短距离的地质情况，据以指导施工。
　　全断面地质素描应在每次开挖后立即进行，并及时绘制地质素描图，填写施工阶段围岩级别判定卡。
　　3.2 超前地质水平钻孔
　　隧道Ⅳ级、Ⅴ级围岩地段除开挖后进行地质素描外，还结合采用TSP203及超前水平钻孔（孔径φ50，每断面3孔，详见图1）探测前方地质情况。
　　
　　超前地质水平钻孔是利用水平钻机在隧道掌子面进行水平地质钻探，从而获取地质信息的一种方式。通过水平钻机在钻进过程中的钻速、冲洗液、岩屑和岩粉的变化来判断开挖面前方较短距离内的地质情况，为提高其预报的准确度，与地质素描配套使用。
　　根据淘金山隧道实际地质情况，采用MKD-5S型全液压水平钻机。每30m一个循环，每循环搭接长度为5m。超前水平钻成孔（布孔见图1）口径需满足取样、测试和钻进工艺的要求。施工现场做好施工记录，如进尺速度、深度、涌水点及涌水情况、岩性变化等。结合开挖面地质素描，按钻孔参数初步判断前方地质和涌水情况。
　　3.3 TSP203地质预报
　　TSP203地质预报，属于多波多分量高分辨率地震波反射法，利用地震波的反射原理进行地质探测（图2）。该设备和技术特别适用于高分辨率的折射微地震探测，以及对断裂带和岩体强度降低的软弱破碎带的探测，对于掌子面前方及其周围的地质界面情况的位置，均用数据处理后的图象来直观反映。
　　
　　地震波在设计的震源点（根据地层或构造的走向，通常在隧道的左或右边墙，一般24个炮点，见图3）用小量炸药激发产生，激发地震波时，采用无爆炸延迟时的瞬发电雷管，防水乳化炸药，药量为67～100克。当地震波遇到岩石波阻抗差异界面（如断层、破碎带和岩性变化等）时，一部分地震信号反射回来，一部分信号透射进入前方介质。反射的地震波信号将被高灵敏度的加速度地震传感器接收并以数字形式记录下来。
　　
　　采集数据通过TSPwin软件处理,便可了解隧道工作面前方地质体的性质（软弱岩带、破碎带、断层、含水岩层等)和位置及规模。软件处理流程包括11个主要步骤，即: 数据设置→带通滤波→初至拾取→拾取处理→炮能量均衡→Q估计→反射波提取→P、S波分离→速度分析→深度偏移→提取反射层。处理的最终成果包括P波、SH波、SV波的时间剖面、深度偏移剖面、提取的反射层、岩石物理力学参数以及反射层在探测范围内的2D和3D空间分布等。通过速度分析，可以将反射信号的传播时间转换为距离(深度)。数据处理结果,可以用与隧道轴的交角及隧道工作面的距离来确定反射层所对应的地质界面的空间位置，并根据反射波的组合特征及其动力学特征解释地质体的性质。对剪切横波的数据分析能籍以提高含水断裂带和地质构造走向的辨识率。
　　根据淘金山隧道超前地质预报具体要求，Ⅳ级、Ⅴ级围岩地段（包括F1、F2、F2-1、 F3、F4、F6、F7、F9断层破碎带）均采用TSP203进行超前地质预报。全隧道共需TSP203探测10次，每次探测需在探测里程前方10m位置开始探测，具体探测位置为：DK340+077、DK340+235、DK340+710、DK341+090、DK341+360、DK342+980、DK343+095、DK343+330、DK344+380和DK345+170。
　　从预报的结果看，对不同岩体及断层带等界面、富水地段的预报效果较好，同时预报距离长，约为掌子面前方120m。同时，对施工干扰较少，每次爆破记录时间仅需45min，整个量测循环可在2h内完成。
　　4 超前地质预报信息处理
　　为实现超前地质预报的目的，贯彻数据信息化指导隧道施工，防止隧道坍塌和突、涌水等灾害，施工过程中要建立完善的信息化处理流程，以保证超前地质预报工作的正常运转，提供准确可靠的信息反馈资料，保证隧道施工安全。
　　此外，应配备掌握地质判译技术、经验丰富的地质工程师组建地质预报组。依据综合超前地质预报各阶段的预报资料，及时进行前方地质分析，调整各类施工技术方案，保证顺利通过不良地质体。
　　通过三种方法收集开挖面前方不同距离的地质信息，结合设计地质资料，进行综合分析、判断，并将处理结果反馈给施工，及时调整施工方法和支护参数，确保隧道施工安全。
　　5 结语
　　通过以上综合超前地质预报手段的应用，对隧道地质异常的预报准确度达到了预期效果，使得隧道开挖已安全通过五个断层带，确保了隧道施工安全，这些成果在后续钻探和开挖施工中将继续得到验证和应用。
　　有效综合应用全断面地质素描、超前水平地质钻孔、TSP203超前地质预报技术，三种手段相互验证，长短距离预报相结合，一定程度上为隧道施工实现安全、快速、高效施工提供了技术保障。
　　目前，超前地质预报技术仍然是基于一定的物探方法，由于物探方法的间接性及多解性，以及各种预报方法都有一定的局限性，加之预报人员的地质判译经验、对隧道所在地区地质背景的掌握程度等因素，均有可能影响预报的准确度。因此需要预报人员大量的工程实践，并在施工中不断积累经验，总结规律。
　　
　　参考文献：
　　[1] 张景科,谌文武,雷启云. TSP203地质超前预报原理及精度提高的途径[J].西部探矿工程, 2005, (7):