在隧道施工过程中超前地质预报技术对于查清隧道不利地质条件、预报掌子面前方的地质构造和含水性、保障施工安全具有重要作用,已成为隧道施工必要的技术环节。
隧道岩溶形态复杂，体积小，表面极不规则，展布规模小于地震波长，对地震波难于形成有效的反射。针对岩溶区地震场波的特征，利用针对散射波专有的处理技术进行地质超前预报势在必行。TST地质超前预报系统就是基于散射地震成像技术的地质超前预报系统。同度小编整理了我公司近期利用基于散射理论的TST超前预报系统并综合地质雷达等其他预报方法，成功解决岩溶地区地质超前预报的难题案例与您一起分享。
隧道地质超前预报观测模型
超前预报时在隧道围岩中使用人工源激发地震波，地震波向四面八方传播，遇到岩性变化界面、地质构造、岩溶、地表面等波阻抗变化界面时发生反射、散射与折射。当地质界面尺度远大于地震波波长时，地震波传播遵从层状介质中的反射理论，反射波能量大，并沿着反射角等于入射角的方向传播。当地质界面的尺度小于地震波长时，地震回波的传播遵从散射理论，散射波不再具有单一的方向，而是以散射点为中心向四面八方传播。与反射波相比，散射波的能量较弱，频率偏高。在实际地质条件下，既有像岩性界面、断层、地表面等这样的大尺度的反射界面，也有像岩溶、采空区、孤石等这样的小尺度离散地质体。
反射与散射混合理论模型
采用反射与散射的混合模型（上图）,根据反射波以及散射波的传播规律，分别将散射波和反射波进行偏移归位，得到隧道掌子面前方的真实地质情况。
01
大独山隧道1#横洞
大独山隧道全长11882m，进口里程DK852+772，出口里程DK864+654，为单洞双线隧道，隧道可能溶岩长度为9063m，占全隧长度的76%。大独山隧道位于地处黔西高原向黔中丘陵过渡地带，属构造剥蚀、溶蚀中低山地貌，总体来看，地势北西高南东低，具构造剥蚀～溶蚀地貌特点。
大独山隧道洞身断层破碎带发育，区域断层7处，物探解译断层11处，下穿1处暗河（位于隧道拱顶上约43m），部分段落隧道处于水平循环带内，部分段落处于季节交替带，洞内为人字坡。该隧道地质复杂，为I级风险隧道。
TST数据处理结果及地质解释
按TST数据处理流程处理后得到大独山隧道1#横洞H1D1K0+808掌子面前方150m内的地质体围岩波速曲线图、偏移图像如图1：
图1大独山隧道1#横洞速度曲线
使用前方回波地震数据和分析得到的速度分布，进行深度偏移成像，得到如图2所示的TST 构造深度偏移成像，它反映了掌子面前方的地质构造特征。
图2大独山隧道1#横洞地质构造偏移成像
注：图中黑色小框为检波器孔和爆破孔布置点
对比图1、图2，结合掌子面开挖情况和地质资料综合分析，得到如下结论：在H1D1K0+808～H1D1K0+760附近围岩稳定性和完整性较差，岩溶裂隙较发育，岩体较破碎，有水，在隧道中轴线右侧，疑存在充填型岩溶裂隙；在H1D1K0+760～H1D1K0+658段围岩稳定性和完整性好，裂隙稍发育。详见表1
表1大独山隧道1#横洞TST地质超前预报结果
根据以上预报结果，建议施工方在H1D1K0+808～H1D1K0+760段应加强支护并采用地质雷达、红外探水仪或加深炮眼方法对掌子面前方地质灾害体分布和地下水情况进行探测。
02
TST灰岩地区应用：广西填充型岩溶
03
TST灰岩地区应用：中缅边境大型溶洞、管道型溶洞
档帕山隧道溶洞的踏勘情况：
第一条(图示蓝色线)从YK380+611处沿右洞右侧至YK380+722
处，横穿右洞至左洞ZK380+696处，横穿溶洞高度2-8m,宽度1-15m不等。在ZK380+673-ZK380+696段，溶洞与线路平行。在ZK380+673处在主洞范围内有一条V型溶洞，可见深度约30m,里面为红土淤泥，往左洞下方发展。
第二条(图示绿色线)该溶洞宽度8-20m,高10-25m不等，探测长度126m后，逐渐远离隧道位置。是否在前方与隧道相交，仍需进一步探测。
第三条(图示洋红线)该溶洞宽度1-20m,高2-20m不等，探测长度约400m,远离隧道位置。是否在前方与隧道相交，仍需进一步探测。
溶洞沿隧道方向发育，在YK380+722处穿过右线隧道，然后向下发育到左线正下方。
预报出的岩溶：
可本次预报135m,其中第三段(里程YK380+692~YK380+726),长度34米，原设计为V级围岩。该段围岩以中风化灰岩为主，强度低，构造发育，有大型空腔岩溶发育。围岩完整受季节性降雨影响，地下以渗水~滴水为主，集中降雨情况下可能出现股状或涌流状出水，注意防范涌水风险。施工中易发生掉块坍塌，应及时并严格按V级围岩支护。