隧道地質超前預報

BEAM(Bore frequen R(f1)

在隧道開挖前及施工過程中對隧道周圍及掌子面前方的地質情況進行探測，識別和預測隧道掌子面前方及周圍的工程地質、水文地質結構，提供準確的斷裂帶、含水帶及岩體工程類別等地質參數，能有效地避免工程地質病害、減少處治費用、確保施工安全和進度，節約成本。
常用的方法有TSP，TST超前預報、地質雷達超前預報，二者都是在隧道內進行預報，TSP，TST可預報掌子面前方100～150m的地質情況，地質雷達能預報掌子面前方20～30m的地質情況。
近年有人將高密度電法引進到隧道地質預報中來，即在隧道正上方的山上沿隧道走向布置高密度電法剖面。該方法的優點是速度快、圖像直觀、對水、構造反映靈敏。
雲南航天檢測（http://www.aerospace.net.cn）在國內較早利用長期（高密度電法）、中期（TSP、TST）、短期（地質雷達）相結合的方法進行隧道地質超前預報，取得了良好的效果。
BEAM(Bore Tunnelling Electrical Ahead Monitoring)探測技術就目前而言是當前國際上一種較先進的電法隧道超前探測技術。它由德國GETGEO EXPLORATION TECHNOLOGIES公司（簡稱GET公司）從 1998年開始進行開發研製，2004年獲得德國國家專利。
作為聚焦電流頻率域的激發極化方法的一種超前探測技術，BEAM開發研製源自於一種被稱為百分頻率效應(PFE-Pereentage frequency effect)的綜合電性參數，此外還套用了聚焦電流技術使得探測數據的固定在一定的範圍之內。
BEAM測試技術的原理是通過對岩層電阻率進行測試的電法(激發極化法)來探知岩石質量、空洞和水體的。電子導體和離子導體的岩石在人工電流場中被極化的現象稱為激發極化現象，大約在1913年由法國的Conrad Schfumberger所發現。
德國GET公司開發研製的BEAM測試系統就是一種以交流激發極化法為探測手段的技術。
交流激發極化法使用超低頻段(0.01～10Hz)中兩種相差較大的固定頻率分別供電(f1和f2)，然後分別觀測f1和f2兩種頻率供電時的電壓，求得兩種電阻率R(f1)(用較低頻率f1觀測所得)和R(f2)(用較高頻率f2觀測所得)，由此來計算百分頻率效應PFE(公式如下):
R(f1) =U(f1) /I(f1) 和 R(f2)= U(f2) /I(f2)
PFE=[ R(f1)- R(f2)]/ R(f1)x100% （ f1＜f2 ）
PFE是一種表征岩石儲存電能能力的岩體特性參數，而孔隙率與PFE呈反比關係。在隧道超前預報當中岩溶洞穴、斷層、破碎帶等具有較高孔隙率的不良地質體相應的PFE就較低;充水和充氣的高孔隙率段只能儲存很少的電能，PFE也因此較低;沙、粘土層、樁、漂石和混凝土等也因其典型的PFE值，能夠通過BEAM探測到。
BEAM的預報成果的解譯就是基於以上對不同岩體分類的定義，其中高、中、低表示岩體的孔隙率高低程度，孔隙較高硬質岩地區的斷層帶、洞穴等PFE值最低，軟土區的類似地質情況次之，較為緊密的岩體PFE值最高，孔隙率和PFE值呈明顯的反比關係。不同的電阻率也會對應不同的岩體情況，乾燥緻密的岩體電阻率較高，孔隙率大的含水岩體電阻率較低，BEAM系統採用交流激發極化法進行超前預報，獲得百分頻率效應PFE和電阻率R兩種參數，以這兩種參數為成果解譯基礎，綜合對前方地質情況進行預報。
目前該項技術自2000年伊始，在國外被套用於在各種複雜的地質條件下進行施工的隧道工程，截至現在已經完成探測隧道的累計洞身長度已超過100km。主要套用有義大利Ginori隧道，瑞士哥斯塔特基線隧道(Gotthard Base Turnnel)(目前世界上最長的隧道)，瑞士勒其山基線隧道(Lotschberg Base Tulnnel)，德國Irlahull，Geisbers和Stammham隧道（連線了Nuremberg到Ingolstadt的高速鐵路）等等。
歐美大地儀器設備中國有限公司率先將技術引進到國內。
北京市水電物探研究所在總結了國內外隧道地質超前預報技術的基礎上，經過創新與改進，自主研發了TGP型隧道地質超前預報系統。該系統套用地震反射波超前預報技術（Tunnel Seismic Prediction——即TSP技術)、多波震相分析與處理技術，實現將物探成果轉化為地質成果，並提出套用中需要嚴格操作的工法，為隧道信息化施工提供地質預警和地質條件等重要信息。