一、引言
在水利水电工程中，长距离、深埋引水隧洞的建设面临着复杂的地质条件和多样的施工挑战。全断面隧道掘进机（TBM）作为一种高效的施工设备，其施工进度和安全性往往受到地质条件的制约。尤其是在复杂地质和富水环境中，断层、软弱夹层、裂隙密集带等不良地质体常常对施工安全和进度构成严重威胁。因此，超前预报技术成为保障TBM施工安全的关键。本文以秘鲁圣佳旺III水电站引水隧洞为例，详细介绍了综合超前预报技术在复杂地质富水隧洞中的应用实践。
二、工程背景与地质条件
圣佳旺III水电站引水隧洞位于秘鲁东南部普诺大区的高山峡谷地带，全长14773.45米，其中后半段采用TBM施工。隧洞穿越多个复杂的地质构造，主要岩性为花岗闪长岩、片岩和板岩，地下水丰富，地质条件复杂多变。隧洞埋深超过240米，且位于地下水位以下，地表存在多个大型常年流水的冲沟，地下水分布复杂。在这种环境下，TBM施工面临着诸多挑战，如断层、软弱夹层和裂隙密集带等不良地质体可能导致突泥突水等重大事故，严重影响施工安全和进度。
图1 引水隧洞TBM施工段剖面图
三、综合超前预报技术体系
为了应对复杂地质条件下的施工挑战，研究团队提出了一种综合超前预报体系，结合了三维地震波法（TST）和复频电导法（CFC）两种技术。该体系通过多种物探方法的优势互补，能够提前发现并处理不良地质体，为TBM施工提供安全保障。
图2 TST超前地质预报工作流程
1、三维地震波法（TST）TST技术利用地震波在围岩中的传播特性，通过对反射波和波速变化的分析，能够有效识别断层、岩性过渡带等不良地质体。该技术采用可控震源激发地震波，避免了传统被动震源能量弱、探测距离短的问题。在圣佳旺III项目中，TST技术通过多次全里程超前地质预报，总结出当地板岩围岩与横波波速的关系：完整致密的板岩横波波速在2800~3000m/s，而裂隙发育的板岩横波波速在2300~2500m/s。通过三维成像处理，TST技术能够清晰地显示出围岩的波阻抗界面和波速变化，为施工提供详细的地质信息。
2、复频电导法（CFC）CFC技术是一种中频电磁波反射法探水技术，通过对围岩的电磁特性进行探测，能够精准预测地下水的分布和含水量。该技术利用电磁波在含水围岩中的反射特性，通过频谱相干分析和偏移图像处理，计算出围岩的相对介电常数，从而判断围岩的含水情况。在圣佳旺III项目中，CFC技术成功探测到多个富水段，为施工提供了重要的水文地质信息。
四、综合超前预报技术的应用效果
综合超前预报体系在圣佳旺III引水隧洞中取得了显著的应用效果。通过TST和CFC技术的结合，施工团队能够提前发现不良地质体的位置、规模及其含水情况，并采取针对性的施工措施，如超前预注浆等，有效避免了地质灾害对施工的干扰。例如，在Y14+722里程处，TST技术探测到围岩破碎且波阻抗界面较多，CFC技术探测到围岩平均相对介电常数为10.08，推测该段地下水较多，可能出现股状流水。现场开挖后发现，该处发育Fy207断层，围岩破碎，呈碎石夹土状，地下水发育，左右洞壁有股状出水点，涌水量达40-50L/min，验证了预报的准确性。通过超前预注浆等措施，施工团队成功避免了地质灾害对施工的干扰，保障了TBM的正常掘进。
TST三维偏移图像
五、结论
1、TBM施工对不良地质条件的适应性较差，前期地质勘察可能存在偏差，无法完全查明地质条件。因此，超前预报技术是保障TBM施工安全的重要手段。通过超前预报，能够提前发现刀盘前方不良地质体的结构、构造、位置和规模，从而采取针对性措施，保证TBM正常施工。
2、综合超前预报体系采用的TST地震波法和CFC法具有优势互补的特点。TST技术能够对断层、岩性过渡带等构造进行预报，而CFC技术能够对地下水的动态分布进行探测。二者结合，能够凸显出含水破碎带这一重大地质灾害，形成断裂破碎带含水体超前预报技术成果。
3、综合超前预报体系在圣佳旺III引水隧洞中成功应用，不仅保障了TBM施工段的施工安全，还为钻爆施工段提供了重要的地质风险预警。该技术体系对TBM施工与钻爆施工共存的引水隧洞项目具有重要的借鉴与指导意义。
