5.1.3 超前地质预报方法
1.超前地质预报可采用地质调查法、超前钻探法（超前地质钻探、加深炮孔探测）、物探法（TSP地震波反射法、地质雷达、红外探测）和超前导坑预报法等。各种方法应联合使用，互为补充，相互验证。
2.地质调查法。
（1）地质调查法应包括隧道地表补充地质调查和隧道内地质素描，可适用于各种地质条件下的隧道超前地质预报。
（2）地表补充地质调查应在隧道内实施超前地质预报前进行，并在洞内超前地质预报实施过程中根据需要及时补充修正。
（3）隧道内地质素描应包括掌子面地质素描、洞身地质素描。
（4）地质调查法应开展地层分界线、构造线的地下与地表相关性分析和地质作图等工作。
3.物探法。
（1）地质条件复杂的隧道和存在多种干扰因素的隧道，应根据被探测对象的物性条件开展综合物探，并与其他探测方法相互配合，对所测得的物探资料进行综合分析。
（2）物探仪器及附属设备应满足性能稳定、结构合理、构件牢固可靠、防潮、抗震和绝缘性良好等要求。仪器应定期保养和比对检校。
（3）弹性波反射法。
弹性波反射法可适用于划分地层界线、查找地质构造、探测不良地质体的厚度和范围，应符合下列规定：
①下列情况可选择弹性波反射法：
a.探测对象与相邻介质存在较明显的波阻抗差异并具有可被探测的规模；
b.断层或岩性界面的倾角、构造走向与隧道轴线的夹角有利于弹性波的反射和接收。
②数据采集时应减少隧道内其他震源振动产生的地震波、声波干扰，采取压制地震波、声波干扰的措施。
③地震波反射法与地震反射负视速度法可长距离预报具有一定规模的溶洞、洞穴、断层破碎带和软硬岩接触带等。软弱破碎地层或岩溶发育区的有效探测距离宜取100m左右，不宜超过150m；岩体完整的硬岩地层的有效探测距离宜取150～180m，不宜超过200m。
④水平声波剖面法可中距离预报断层破碎带、洞穴、采空区等。软弱破碎地层或岩溶发育区的有效探测距离宜取20～50m，不宜超过70m；岩体完整的硬岩地层的有效探测距离宜取50～70m，不宜超过100m。
⑤连续预报时前后两次应重叠10m以上。
⑥隧道位于曲线时，宜缩短预报距离。
（4）地质雷达法。
地质雷达法又称电磁波反射法，可适用于岩溶、采空区、空洞、断层破碎带和软弱夹层等不均匀地质体的探测。地质雷达法应符合下列规定：
①探测目标体与周边介质之间存在明显介电常数差异，电磁波反射信号明显，且探测目标体具有足以被探测的规模时，可选择地质雷达法。
②探测区域不应有较强的电磁波干扰；现场探测时应清除或避开测线附近的金属等电磁干扰物，不能清除或避开时，应在记录中注明，并标记出位置。
③硬岩地层的有效探测距离宜取20～30m；泥质和软弱破碎地层、潮湿含水层和岩溶发育区的有效探测距离宜取10～20m，并结合雷达波形判定。
④连续预报时前后两次宜重叠5m以上。
（5）高分辨直流电法。
高分辨直流电法应符合下列规定：
①现场采集数据时，应布设3个以上的发射电极进行空间交汇，区分各种影响，并压制不需要的信号，突出隧道前方地质异常体信号。
②应尽量排除金属物体等导电体、低阻体的干扰。
③有效探测距离不宜超过80m，连续探测时前后两次宜重叠10m以上。
（6）物探成果应与地表、洞内地质调查资料，以及已有地勘资料进行印证，综合分析，形成物探报告。
（7）物探报告应主要包括施工简介、地质概况、物探法、数据采集、数据处理、地质解译、地质评价与建议等内容。
4.超前钻探法。
（1）富水构造破碎带、富水岩溶发育地段、煤气或油气地层、瓦斯发育区、采空区以及重大物探异常地段和水下隧道应采用超前钻探法预测、预报、评价前方地质情况，包括超前地质钻探、加深炮孔探测及孔内摄影。
（2）超前地质钻探法应结合地质调查和物探报告综合预报，并应符合下列规定：
①宜采用中距离钻探，必要时可采用长距离钻探，连续钻探时前后两次宜重叠5～10m。
②利用加深炮孔进行短距离钻探时，掌子面应有不少于5个加深探测炮孔。加深探测炮孔深度宜比装药炮孔深3m以上，直径宜与装药炮孔相同；不得在爆破残留孔中打设加深探测炮孔。
③一般地段可采用冲击钻，复杂地段宜采用回转取芯钻。
（3）超前地质钻探孔数、孔位应根据隧道断面大小和地质复杂程度确定，并应符合下列规定：
①断层、节理裂隙密集区或其他破碎富水地层应布设1～3个孔。
②富水岩溶发育区每循环宜布设3～5个孔，揭示溶洞边界时宜增加孔数，终孔于隧道开挖轮廓线以外5～8m。
③富水岩溶发育地段宜采用中长距离超前钻探，并辅以加深炮孔短距离探测，发现异常情况应结合其他探测手段。
④采用取芯钻探的钻孔直径应满足取芯、取样和孔内测试要求。
（4）超前钻探工作应符合下列规定：
①钻探过程中应做好现场记录，包括钻孔位置、开（终）孔时间、孔深、钻进压力、钻进速度随钻孔深度变化情况、冲洗液颜色和流量变化、涌砂、空洞、振动、卡钻位置、突进里程、冲击器声音的变化等。
②钻探过程中应及时鉴定岩芯、岩粉，判定岩性，对于断层、溶洞填充物、煤层、代表性岩土等应拍照备查，并选择代表性岩芯整理保存。
③在富水地段进行超前钻探时必须采取防突泥涌水措施；测钻孔内水压时，应安装孔口管，连接高压球阀、连接件和压力表，压力表读数稳定一段时间后测得水压。
④钻探过程中应根据钻孔情况适时调整钻孔角度与深度。
（5）揭穿煤（岩）与瓦斯突出地层前，必须采用超前钻探法准确预测预报煤（岩）与瓦斯突出地层的赋存位置。
（6）超前钻探成果应与地表、洞内地质调查资料、已有地质资料对比印证，综合分析，形成超前地质钻探报告。
（7）超前钻探报告主要应包括施工简介，地质概况，钻孔布置图，钻孔探测结果，测试试验分析报告，钻孔柱状图，代表性岩芯照片，钻孔内涌水的水压、水量、水质情况，地质评价与建议等。
5.超前导洞法。
（1）超前导洞法可采用平行超前导洞和主洞超前导洞，两座并行隧道可根据先行开挖的隧道预测后开挖隧道的地质条件。
（2）岩溶发育可能性较大地段，或可能存在人为坑道、采空区地段，可利用超前导洞采用物探、钻探手段横向探测隧道主洞。
（3）应做好超前导洞的地质超前预报与评价工作，并根据超前导洞地质复杂程度，采取地质调查、物探、超前钻探等预报方法。
（4）应根据超前导洞揭示的地质情况对主洞地质条件进行预测预报与地质综合评价，并编制报告，对主洞地质监测方案进行适当调整。
6.不良地质预测预报。
（1）断层超前预测预报应符合下列规定：
①断层预报应探查断层的性质、产状、富水情况、在隧道中的分布位置、断层破碎带的规模、物质组成等，并分析其对隧道的危害程度。
②应以地质调查法为基础，以弹性波反射法为主进行预测预报；富水断层应采用电法、超前地质钻探法和加深炮孔法等方法进行验证。
③接近规模较大断层前，应结合弹性波反射法、地质调查法、地表与地下相关性分析、断层趋势分析及地质作图等方法预测预报断层的位置和分布范围，确定实施超前地质钻探法和加深炮孔法的范围。开挖掌子面距离高风险断层100m之前，应开始实施超前地质钻探。
④应注意观测是否存在下列可能的断层前兆：
a.节理组数急剧增加。
b.岩层牵引褶曲的出现。
c.岩石强度明显降低。
d.压碎岩、碎裂岩、断层角砾岩、断层泥的出现。
e.临近富水断层前断层下盘泥岩、页岩等隔水岩层明显湿化、软化，出现淋水或其他涌突水现象。
（2）岩溶超前预测预报应符合下列规定：
①岩溶预报应探查岩溶在隧道内的分布位置、规模、填充情况及岩溶水的发育情况，分析其对隧道的危害程度。
②应以地质调查法为基础，结合多种物探法进行综合超前地质预测预报。开挖掌子面距离高风险段落100m之前，应开始实施超前地质钻探。
③岩溶发育区宜进行加深炮孔探测。
④施工中应注意观测是否存在下列大型溶洞水体或暗河的可能前兆：
a.裂隙、溶隙间出现较多的铁染锈或夹黏土。
b.岩层明显湿化、软化，或出现淋水现象。
c.小溶洞出现的频率增加，且多有水流、河沙或水流痕迹。
d.钻孔中的涌水量剧增，且夹有泥沙或小砾石。
e.有哗哗的流水声。
f.钻孔中有凉风冒出。
（3）煤层瓦斯超前预测预报应符合下列规定：
①应以地质调查法为基础，以超前地质钻探法为主，结合多种物探法进行综合超前地质预测预报。
②高瓦斯和煤（岩）与瓦斯突出隧道，应采用物探法初步预判煤层在隧道内的位置；结合弹性波反射法、地质调查法、地表与地下相关性分析、地层趋势分析及地质作图等方法预测预报煤层在隧道内的里程，确定实施超前地质钻探法的范围。开挖掌子面距离煤层100m之前，应开始实施超前地质钻探。
③施工中应注意观测是否存在下列煤（岩）与瓦斯突出的可能前兆：
a.开挖工作面地层压力增大、鼓壁、深部岩层或煤层的破裂声明显、掉渣、支护严重变形。
b.瓦斯浓度突然增大或忽高忽低、工作面温度降低、闷人、有异味等。
c.煤层结构变化明显，层理紊乱，由硬变软，厚度与倾角发生变化，煤由湿变干、光泽暗淡，煤层顶底板出现断裂、波状起伏等。
d.钻孔时有顶钻、夹钻、顶水、喷孔等现象。
e.工作面发出瓦斯强涌出的嘶嘶声，同时带有粉尘。
f.工作面有移动感。