在铁路勘察中，查明沿线的工程地质条件是工程设计的基础性工作[1]。但地质条件所涉及的天然岩土体与结构工程研究的钢筋混凝土不同，是亿万年自然历史的产物，随环境、气候等形成条件的不同而具有不均匀性、不确定性、复杂性[2]。隧道工程作为地下工程，在勘察设计阶段，受勘察技术水平及勘察精度的影响，完全查明其工程地质条件存在较大困难。因此，在施工阶段开展超前地质预报工作，对隧道开挖工作面前方的工程地质条件及不良地质体进行探测，为预防隧洞涌水、突泥、围岩失稳等可能形成的灾害性事故提供预警，成为隧道安全施工及快速掘进的重要技术保障。目前，超前地质预报已作为铁路隧道施工的必要工序纳入铁路总公司质量安全红线管理[3-4]。

超前地质预报工作也日益受到设计单位、施工单位、高等院校及科研院所等各方人员的重视。李金介绍了TRT技术在济青高铁青阳隧道超前地质预报中的应用，认为该方法在硬质岩条件下预报效果较好[5]；朱自强等在不良地质体数值模型的基础上进行了地质雷达超前地质预报的正演模拟研究[6]；苏涛等探讨了地质雷达在公路隧道岩溶洞穴超前地质预报中的应用[7]；薛翊国等介绍了TSP203在岩溶隧道探测中的应用[8]；李术才等在多年超前地质预报研究工作基础上，针对TSP超前地质预报地震波反射特性，总结了断层破碎带、溶洞等不良地质体在TSP探测中判释准则[10]；刘新荣等利用TSP等手段对公路隧道高压富水区的超前地质预报应用进行了研究[11-12]。以上研究均取得了一定的研究成果，但在一定程度上忽视了地质条件的复杂性，且测试手段较为单一，造成了预测结果不够准确。

断层或断层破碎带作为地质上的不连续体，是隧道施工过程中最常遇见的地质构造之一，会不同程度地破坏岩体的完整性和连续性，降低围岩强度。研究表明，塌方、突水和涌泥等洞内地质灾害多与断层及其破碎带有关[13]。以浦梅铁路莲花山隧道F14断层预报为例，对大型断层破碎带超前地质综合预报应用进行深入研究。

1 超前地质综合预报工作体系

主要遵循以现有地质资料分析及地质调查为基础，长短距离物探方法为手段，超前地质钻探+加深炮孔验证，对多手段预报方法结果进行综合分析，进而得出预报结论的工作体系[14]。

采用的主要方法有以下几类。

(1)地质调查法

主要为隧道地表补充地质调查，洞内掌子面地质素描。

(2)物探法

主要为地震波反射法(TSP)、地质雷达探测(GRP)等。

(3)超前钻探法

主要包括超前地质钻探、加深炮孔探测。

2 工程概况及方案设计

2.1 工程概况

莲花山隧道是浦梅铁路的控制性工程，位于福建省建宁县均口镇与宁化水茜乡交界处，隧道呈北北东方向展布。该隧道穿越武夷山脉低山丘陵区，全长10.5 km，为单洞单线隧道，最大埋深380 m，设计速度为160 km/h。作为单线隧道，其施工作业面狭窄，一旦发生洞内地质灾害，工期制约因素明显。

2.2 工程地质条件

(1)地层岩性

依据勘察阶段大地电磁(EH-4)物探成果(如图1所示)及地质勘察资料[15]，在DK268+925～DK268+975段洞身范围内围岩电阻率变化剧烈，推断该处存在断层破碎带(记为F14)，属莲花山隧道的极高风险段落。

图1 大地电磁显示断层情况

本段地表以下至隧道洞身范围内地层岩性(如图2所示)主要为第四系更新统残坡积粉质黏土、志留系侵入花岗岩(全-弱风化)，隧道埋深190～250 m，地下水位埋深25～30 m，洞身附近水头高度为160～220 m。设计围岩分段：DK269+000～DK269+025为Ⅲ级、DK268+925～DK269+000为Ⅳ级、DK269+725～DK268+925为Ⅱ级。

图2 设计资料断层附近地层情况

根据本线隧道超前预报实施细则，为准确预报该断层特征、围岩情况，选择DK268+725～DK269+025段(共300 m)进行超前地质综合预报。

(2)水文地质条件

地表以下至隧道洞身范围内地下水主要为构造裂隙水、基岩裂隙水，水源补给的主要来源为大气降雨入渗。基岩裂隙水主要赋存于花岗岩的强、弱风化层节理裂隙带中，此类地下水的分布随岩性、节理裂隙发育程度的不同而异，赋水性也极不均匀，且受大气降水入渗补给影响，动态变幅随季节变化较明显。构造裂隙水主要分布于断裂破碎带内，断裂带及其影响带一般节理裂隙较发育，有利于大气降水沿节理裂隙渗透。