隧道施工过程中应用超前地质预报仪器开展超前地质预报，探测掌子面前方地质环境，准确预报不良地质体位置，可提前做好应对措施，保障施工安全。
近日，由四川省公路规划勘察设计研究院有限公司（简称四川公路设计院）所属四川省交通工程检测设备计量检定站作为第一编写单位牵头编写，中铁西南科学研究院有限公司、国家道路与桥梁工程检测设备计量站参与编写的四川省地方校准规范《弹性波超前地质预报仪校准规范》（JJF（川）1872—2021）（简称《规范》）发布，并将于3月1日起实施。
《规范》规定了预报仪的计量方法，解决了交通运输行业预报仪无法溯源的问题，为后续编写国家规范奠定了基础。
调研设备厂家 开展试验论证
四川属于多山地丘陵地区，隧道、地下工程、城市轨道等在省内交通建设项目中占比较大。这类结构物均属隐蔽工程，常受岩爆、大变形、断层裂隙、涌水突泥、岩溶等各种不良地质影响。
为了解掌子面前方地质条件，及时发现异常情况，预报不良地质体的位置，需要使用弹性波超前地质预报仪进行预报监测。预报仪通过振源发出机械波，同时接收遇到波阻抗差异反射的有效波，分析其形成的时域或频域曲线，以此来判断前方地质情况。
弹性波超前地质预报仪技术难度大，国内近年才逐渐发展应用，并实现自主研发生产。目前，国内尚无预报仪计量检定规程或校准规范，其物理量无法溯源到国家计量基标准，导致其测量的物理量准确度不一致，性能难以评价。
基于此，四川公路设计院等单位的编写组人员用一年多时间，调研了国内5个主流设备厂家，开展了大量艰难繁琐的施工现场和室内试验论证，完成了《规范》的编写。
明确参数范围 保证设备准确
《规范》依据《国家计量校准规范编写规则》（JJF 1071—2010）要求编写，内容包括九个章节和三个附录，给出了弹性波超前地质预报仪的原理、用途、组成部分和结构示意图，阐述了《规范》适用范围、引用文件、术语和计量单位，以及计量特性、校准条件、校准项目和校准方法、校准结果表达、复校时间间隔等。
根据预报仪计量特性，分析仪时间相对误差、预报仪时间相对误差和通道隔离度是保证设备准确性的3个重要参数。《规范》对这3个参数首次提出了科学的测试方式、计算方法及合格范围，有效保障了预报仪预报的准确性。
分析仪时间相对误差是以函数信号发生器作为标准器，提供标准的时间值，以校准包括信号采集模块、信号A/D转换模块和信号处理模块在内的预报仪主机，用周期测量值和标准值之差除以标准值得出。分析仪时间相对误差范围为±4.0%。
预报仪时间相对误差是以中频振动标准台系统作为标准器，通过标准振动台提供模拟隧道现场频率范围的振动信号，来评价包括设备上位机、主机和检波器这一整体预报仪输出量值的准确性和可靠性，用测出的振动信号标准周期试验值和标准值相减，差值除以标准值得出。预报仪时间相对误差范围为±4.0%。
通道隔离度是以函数信号发生器作为标准器，为预报仪某一指定接收通道提供稳定的频率值和幅值，用于观察和判断预报仪其他接收通道与该指定通道间串扰的问题，用测试通道最大幅值和参考通道电压幅值峰峰值的比值取对数，乘以固定系数得出通道隔离度（串音）。各通道间的隔离度应大于40分贝。
统一衡量标准 规范行业市场
《规范》的发布填补了预报仪规范空白，实现了预报仪输出物理量单位统一，量值准确可靠，提供了评价仪器测量结果准确度的方法，为评价预报仪可靠性建立技术基础，将有利提升整体产业发展水平，促进该类产品的更新改进。
高性能的预报仪应用于施工过程中，提高了施工安全性，排除设备故障或测量不准带来的影响，为准确预报地质灾害提供保障。
同时，《规范》提供了预报仪质量评定依据，可帮助检测单位科学选择质量合格的设备。目前，市面上预报仪种类繁多、原理各异、良莠不齐，《规范》的发布可以依据统一的标准衡量各厂家设备，形成量化评价标准，规范预报仪市场。
《规范》填补了四川地区弹性波超前预报仪量值溯源的空白，后续将面向全国推广，为后续编写国家规范奠定了基础。此外，《规范》为相关国家计量技术规范的编写提供了细致的校准方法、详尽的不确定度评价方案以及良好的技术参考，为其他相关物探类设备的计量技术规范编写工作提供了有益借鉴。
（作者系四川《弹性波超前地质预报仪校准规范》第一编写人、高级工程师、一级注册计量师）
