地震波与电磁波反射法成功预警岩溶隧道风险（弄莫隧道案例）

在复杂地质条件下修建隧道，尤其是穿越岩溶发育区，准确探明前方不良地质体是保障施工安全的关键。单一物探方法往往因“多解性”而效果有限，综合物探技术应运而生。本文以弄莫隧道工程为实例，展示地震波与电磁波反射法协同应用的显著成效。

项目挑战：岩溶峰丛下的隧道掘进

弄莫隧道地处典型的岩溶峰丛地貌区，地形起伏大，最大埋深超300米。隧道穿越地层主要为灰岩，虽然岩体总体较完整，但局部破碎，裂隙发育，且地下水活动随季节变化剧烈。施工段（YK363+585～YK363+685）围岩为微风化灰岩，存在局部块体位移及中小塌方风险，准确探明潜在的溶洞、溶蚀裂隙带至关重要。

图3 TST现场布置图

技术优选：地震与电磁波反射法协同发力

针对隧道超前预报的难题，理论分析表明：波动场探测方法（如地震波、电磁波反射法）因其具有方向性强、可定位、能测距的优势，是探测岩溶等不良地质体的首选。相比之下，扩散场和谐和场方法（如瞬变电磁、重力、磁法等）在精度和可靠性上存在明显不足。

因此，项目团队采用“长短结合、优势互补”的综合物探方案：

TST隧道地震层析成像（长距离探测）：在隧道两侧围岩布设检波器（S）和震源点（P）。通过精确的空间布置（道间距约4m，炮间距约16m）激发地震波，采集三维地震波场数据。关键技术在于对采集数据进行波场分离和方向滤波，提取有效反射信号。TST能提供地质偏移图像（反映岩性界面变化）和围岩原位纵波波速（Vpr）分布图。高波速通常指示岩体完整致密，低波速则提示岩体破碎或存在溶洞等缺陷。

图4 弄莫隧道右洞进口TST桩坐标数据

图4 弄莫隧道右洞进口TST桩坐标数据

地质雷达（MALA，短距离强化）：在掌子面布置测线，使用双频天线（高频400MHz、低频70MHz）进行探测。高频天线分辨率高，低频天线探测距离更远（约60m）。利用电磁波在岩溶、干/湿围岩介电常数差异界面产生的反射特征（负反射界面常指示充填物或空洞），精确定位掌子面前方短距离内的溶洞形态。

图1 地质雷达检测原理示意图

图5 掌子面雷达测线示意图

精准预报：数据融合锁定溶洞群

对YK363+585～YK363+685区段进行综合探测：

TST结果：地质偏移图像显示在YK363+585～YK363+652和YK363+667～YK363+685段存在密集的红蓝相间反射条纹（指示岩性界面变化剧烈），且对应的围岩波速Vpr较低（约4530m/s），显著低于完整段（约5000m/s）。综合分析推断这些区段节理裂隙发育、岩体完整性差，并圈定出左边墙（YK363+595～605, 610～625）、右边墙（YK363+610～620）及洞身（YK363+635～645）存在岩溶中等发育带或充填型溶洞/溶蚀裂隙。

地质雷达结果：在YK363+573～633预报范围内，清晰探测到左边墙（YK363+595～605, 610～625）和右边墙（YK363+610～620）存在多组显著的负反射界面，有力印证了TST对溶洞发育带的推断，并提供了更精细的位置信息。

TST的波速图像、地质偏移图像与地质雷达的图像在异常区域呈现出良好的对应性（见图示对比），共同指向了多个溶洞风险区。

图6 TST地质超前预报与MALA雷达结果对比图

（从上往下依次是：TST偏移图像、围岩波速曲线、雷达图像）

开挖验证：预报结果高度吻合

隧道掘进至预报区段后，开挖揭露情况与综合物探预报结果高度一致：

TST和雷达共同预报的溶洞发育带（如YK363+595～605, 610～625等位置）被证实存在充填型溶洞或溶蚀裂隙发育带。

TST预报的波速较高、反射条纹较少、岩体完整的区段（YK363+652～667），开挖揭露围岩确实较为完整坚硬。

特别是10-40米范围内的三个溶洞群位置，与雷达的精确预报完全吻合。

结语：综合物探是隧道安全的可靠保障

弄莫隧道案例充分证明：

方法优选关键：基于波动场理论的地震波（TST）和电磁波（地质雷达）反射法是隧道岩溶超前预报的最有效手段。

长短结合优势：TST提供长距离、大范围的岩体结构和波速信息，地质雷达则提供短距离、高分辨率的精细刻画，两者结合显著克服了单一方法的局限性和多解性，大幅提升预报精准度（如精准圈定3处溶洞群）。

工程价值显著：准确的超前预报为施工单位提供了明确的风险预警，指导其及时采取加强支护、补充钻探验证等措施，有效规避了塌方、突水等事故，确保了施工安全和进度。

同度物探深谙复杂地质探测之道，其倡导的“科学方法优选、多源数据融合”的综合物探理念，正是精准预警隧道不良地质、实现安全高效掘进的核心路径。弄莫隧道的成功实践，再次验证了综合物探技术在保障重大工程安全中的不可替代价值。