隧道施工過程中應(yīng)用超前地質(zhì)預(yù)報儀器開展超前地質(zhì)預(yù)報，探測掌子面前方地質(zhì)環(huán)境，準(zhǔn)確預(yù)報不良地質(zhì)體位置，可提前做好應(yīng)對措施，保障施工安全。

　　近日，由四川省公路規(guī)劃勘察設(shè)計研究院有限公司（簡稱四川公路設(shè)計院）所屬四川省交通工程檢測設(shè)備計量檢定站作為第一編寫單位牽頭編寫，中鐵西南科學(xué)研究院有限公司、國家道路與橋梁工程檢測設(shè)備計量站參與編寫的四川省地方校準(zhǔn)規(guī)范《彈性波超前地質(zhì)預(yù)報儀校準(zhǔn)規(guī)范》（JJF（川）1872—2021）（簡稱《規(guī)范》）發(fā)布，并將于3月1日起實施。

　　《規(guī)范》規(guī)定了預(yù)報儀的計量方法，解決了交通運輸行業(yè)預(yù)報儀無法溯源的問題，為后續(xù)編寫國家規(guī)范奠定了基礎(chǔ)。

　　調(diào)研設(shè)備廠家 開展試驗論證

　　四川屬于多山地丘陵地區(qū)，隧道、地下工程、城市軌道等在省內(nèi)交通建設(shè)項目中占比較大。這類結(jié)構(gòu)物均屬隱蔽工程，常受巖爆、大變形、斷層裂隙、涌水突泥、巖溶等各種不良地質(zhì)影響。

　　為了解掌子面前方地質(zhì)條件，及時發(fā)現(xiàn)異常情況，預(yù)報不良地質(zhì)體的位置，需要使用彈性波超前地質(zhì)預(yù)報儀進(jìn)行預(yù)報監(jiān)測。預(yù)報儀通過振源發(fā)出機械波，同時接收遇到波阻抗差異反射的有效波，分析其形成的時域或頻域曲線，以此來判斷前方地質(zhì)情況。

　　彈性波超前地質(zhì)預(yù)報儀技術(shù)難度大，國內(nèi)近年才逐漸發(fā)展應(yīng)用，并實現(xiàn)自主研發(fā)生產(chǎn)。目前，國內(nèi)尚無預(yù)報儀計量檢定規(guī)程或校準(zhǔn)規(guī)范，其物理量無法溯源到國家計量基標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致其測量的物理量準(zhǔn)確度不一致，性能難以評價。

　　基于此，四川公路設(shè)計院等單位的編寫組人員用一年多時間，調(diào)研了國內(nèi)5個主流設(shè)備廠家，開展了大量艱難繁瑣的施工現(xiàn)場和室內(nèi)試驗論證，完成了《規(guī)范》的編寫。

　　明確參數(shù)范圍 保證設(shè)備準(zhǔn)確

　　《規(guī)范》依據(jù)《國家計量校準(zhǔn)規(guī)范編寫規(guī)則》（JJF 1071—2010）要求編寫，內(nèi)容包括九個章節(jié)和三個附錄，給出了彈性波超前地質(zhì)預(yù)報儀的原理、用途、組成部分和結(jié)構(gòu)示意圖，闡述了《規(guī)范》適用范圍、引用文件、術(shù)語和計量單位，以及計量特性、校準(zhǔn)條件、校準(zhǔn)項目和校準(zhǔn)方法、校準(zhǔn)結(jié)果表達(dá)、復(fù)校時間間隔等。

　　根據(jù)預(yù)報儀計量特性，分析儀時間相對誤差、預(yù)報儀時間相對誤差和通道隔離度是保證設(shè)備準(zhǔn)確性的3個重要參數(shù)?！兑?guī)范》對這3個參數(shù)首次提出了科學(xué)的測試方式、計算方法及合格范圍，有效保障了預(yù)報儀預(yù)報的準(zhǔn)確性。

　　分析儀時間相對誤差是以函數(shù)信號發(fā)生器作為標(biāo)準(zhǔn)器，提供標(biāo)準(zhǔn)的時間值，以校準(zhǔn)包括信號采集模塊、信號A/D轉(zhuǎn)換模塊和信號處理模塊在內(nèi)的預(yù)報儀主機，用周期測量值和標(biāo)準(zhǔn)值之差除以標(biāo)準(zhǔn)值得出。分析儀時間相對誤差范圍為±4.0%。

　　預(yù)報儀時間相對誤差是以中頻振動標(biāo)準(zhǔn)臺系統(tǒng)作為標(biāo)準(zhǔn)器，通過標(biāo)準(zhǔn)振動臺提供模擬隧道現(xiàn)場頻率范圍的振動信號，來評價包括設(shè)備上位機、主機和檢波器這一整體預(yù)報儀輸出量值的準(zhǔn)確性和可靠性，用測出的振動信號標(biāo)準(zhǔn)周期試驗值和標(biāo)準(zhǔn)值相減，差值除以標(biāo)準(zhǔn)值得出。預(yù)報儀時間相對誤差范圍為±4.0%。

　　通道隔離度是以函數(shù)信號發(fā)生器作為標(biāo)準(zhǔn)器，為預(yù)報儀某一指定接收通道提供穩(wěn)定的頻率值和幅值，用于觀察和判斷預(yù)報儀其他接收通道與該指定通道間串?dāng)_的問題，用測試通道最大幅值和參考通道電壓幅值峰峰值的比值取對數(shù)，乘以固定系數(shù)得出通道隔離度（串音）。各通道間的隔離度應(yīng)大于40分貝。

　　統(tǒng)一衡量標(biāo)準(zhǔn) 規(guī)范行業(yè)市場

　　《規(guī)范》的發(fā)布填補了預(yù)報儀規(guī)范空白，實現(xiàn)了預(yù)報儀輸出物理量單位統(tǒng)一，量值準(zhǔn)確可靠，提供了評價儀器測量結(jié)果準(zhǔn)確度的方法，為評價預(yù)報儀可靠性建立技術(shù)基礎(chǔ)，將有利提升整體產(chǎn)業(yè)發(fā)展水平，促進(jìn)該類產(chǎn)品的更新改進(jìn)。

　　高性能的預(yù)報儀應(yīng)用于施工過程中，提高了施工安全性，排除設(shè)備故障或測量不準(zhǔn)帶來的影響，為準(zhǔn)確預(yù)報地質(zhì)災(zāi)害提供保障。

　　同時，《規(guī)范》提供了預(yù)報儀質(zhì)量評定依據(jù)，可幫助檢測單位科學(xué)選擇質(zhì)量合格的設(shè)備。目前，市面上預(yù)報儀種類繁多、原理各異、良莠不齊，《規(guī)范》的發(fā)布可以依據(jù)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)衡量各廠家設(shè)備，形成量化評價標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范預(yù)報儀市場。

　　《規(guī)范》填補了四川地區(qū)彈性波超前預(yù)報儀量值溯源的空白，后續(xù)將面向全國推廣，為后續(xù)編寫國家規(guī)范奠定了基礎(chǔ)。此外，《規(guī)范》為相關(guān)國家計量技術(shù)規(guī)范的編寫提供了細(xì)致的校準(zhǔn)方法、詳盡的不確定度評價方案以及良好的技術(shù)參考，為其他相關(guān)物探類設(shè)備的計量技術(shù)規(guī)范編寫工作提供了有益借鑒。