一、引言

随着水利水电工程的不断发展，长距离、深埋引水隧洞的建设需求不断增加。全断面隧道掘进机（TBM）因其高效、环保等优势成为首选施工设备。然而，TBM施工对地质条件的适应性较差，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。本文以秘鲁圣佳旺III水电站引隧洞为例，详细介绍了综合超前预报技术在TBM施工中的应用实践，展示了该技术在保障施工安全和提高施工效率方面的显著成效。

二、工程概况

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。

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。

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。

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、现场应用与施工措施

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。

五、施工验证与结论

施工验证综合超前预报技术的成功应用，为TBM施工提供了重要的安全保障。通过提前发现不良地质体的位置和含水情况，施工团队能够采取针对性的措施，如超前预注浆等，有效避免了地质灾害对施工的干扰。在Y14+722里程处，通过超前预注浆处理后，TBM继续掘进过程中未发生地质灾害，验证了预报结果的准确性和施工措施的有效性。在Y5+465里程处，预报结果显示围岩破碎且地下水较多，开挖后发现围岩破碎，地下水以线状-股状流水为主，涌水量约1200L/min。通过提前采取措施，有效避免了突泥突水等重大事故的发生。在Y0+983里程处，预报结果显示围岩干燥，开挖后发现岩性从花岗闪长岩转变为绢云母片岩，围岩干燥，验证了预报结果的准确性。

结论综合超前预报技术在圣佳旺III引水隧洞中的成功应用，为类似复杂地质条件下的TBM施工提供了宝贵经验。通过这种技术，施工团队能够在复杂的地质环境中提前做好准备，优化施工方案，减少施工风险，提高施工效率。该技术体系不仅适用于TBM施工段，还为钻爆施工段提供了重要的地质风险预警，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。未来，随着技术的不断进步和应用的逐步推广，综合超前预报技术有望在更多复杂的地质环境中得到广泛应用，为隧道施工的安全和高效提供有力支持。