提高TSP探測(cè)數(shù)據(jù)精度現(xiàn)場(chǎng)措施分析

馬振華(中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)甘肅環(huán)通試驗(yàn)檢測(cè)有限公司,陜西西安　710043)The Analysis on Measures to Improve the Accuracy of TSP Detection DataMA Zhenhua

提高TSP探測(cè)數(shù)據(jù)精度現(xiàn)場(chǎng)措施分析

馬振華(中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)甘肅環(huán)通試驗(yàn)檢測(cè)有限公司,陜西西安710043)The Analysis on Measures to Improve the Accuracy of TSP Detection DataMA Zhenhua

摘要TSP超前地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)是由瑞士Amberg公司利用地震反射波法的原理研制成功的一種超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作方法。在TSP超前地質(zhì)預(yù)報(bào)過(guò)程中需要以現(xiàn)場(chǎng)爆破的形式進(jìn)行工作面前方的地質(zhì)信息數(shù)據(jù)采集，而采集的原始數(shù)據(jù)好壞會(huì)決定解釋成果的準(zhǔn)確性和合理性，影響超前地質(zhì)預(yù)報(bào)人員對(duì)隧道工作面前方不良地質(zhì)體的判識(shí)。因此，在進(jìn)行野外數(shù)據(jù)采集時(shí)應(yīng)采用各種方法和手段來(lái)提高采集信號(hào)的信噪比。通過(guò)滬昆客專貴州段超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作的大量實(shí)踐，總結(jié)出影響TSP數(shù)據(jù)質(zhì)量的一些現(xiàn)場(chǎng)因素，旨在提高TSP探測(cè)數(shù)據(jù)精度，從而提高超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確率。

關(guān)鍵詞TSP探測(cè)數(shù)據(jù)精度措施分析

TSP超前地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)是由瑞士Amberg技術(shù)公司利用地震波在不均勻地質(zhì)體中產(chǎn)生的反射波特性來(lái)預(yù)報(bào)隧道工作面前方及周圍臨近區(qū)域地質(zhì)狀況的一種方法。超前地質(zhì)預(yù)報(bào)結(jié)果的準(zhǔn)確性完全受采集到的地震波信號(hào)強(qiáng)弱所影響，采集到的原始數(shù)據(jù)好壞會(huì)決定解釋成果的準(zhǔn)確性和合理性，影響超前地質(zhì)預(yù)報(bào)人員對(duì)隧道工作面前方不良地質(zhì)體的判識(shí)。因此，在進(jìn)行野外數(shù)據(jù)采集時(shí)應(yīng)采用各種方法和手段來(lái)增強(qiáng)有益的地震反射波，壓制干擾波，提高信號(hào)的信噪比。

根據(jù)滬昆客專貴州段超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的大量實(shí)踐，總結(jié)出TSP數(shù)據(jù)的質(zhì)量主要受地質(zhì)情況、炸藥量、炮孔深度、接受孔和炮孔是否在一條直線上(X軸)、接收套管與圍巖的耦合情況、接受孔距工作面的距離等方面的影響。

1圍巖巖性的影響

滬昆客專貴州段某隧道，巖性為泥質(zhì)、鈣質(zhì)白云巖，巖體破碎，泥質(zhì)充填，圍巖巖性較差，地震波的衰減較快，如果不注意增加爆破藥量，就會(huì)出現(xiàn)圖1所示較差的數(shù)據(jù)。這將給TSP數(shù)據(jù)處理過(guò)程中的初至波拾取帶來(lái)困難，對(duì)后續(xù)數(shù)據(jù)分析產(chǎn)生較大影響。

解決這種問(wèn)題的措施就是適量增加TSP數(shù)據(jù)采集時(shí)的炸藥藥量。一般將藥量加大到300 g或400 g左右即可。

2炮孔未按規(guī)定要求施做造成的影響

用TSP系統(tǒng)探測(cè)時(shí)，其探測(cè)孔和炮孔一般應(yīng)按表1的要求進(jìn)行布置。

但經(jīng)常會(huì)碰到一些隧道的圍巖風(fēng)化嚴(yán)重，巖體較松散，施做的炮孔被巖體碎渣充填，炮孔較淺，甚至出現(xiàn)塌孔等現(xiàn)象；此時(shí)，炮孔深度一般為0.7～0.8 m左右，炮孔的數(shù)量也往往難以達(dá)到規(guī)定的要求，可能僅為16～17個(gè)。這樣會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)探測(cè)深度受限，預(yù)報(bào)距離變短，不良地質(zhì)體的判識(shí)準(zhǔn)確性也隨之降低。因此，應(yīng)盡量保證炮孔的深度在1.5 m左右，且數(shù)量應(yīng)在18個(gè)以上。

實(shí)際探測(cè)時(shí)，經(jīng)常會(huì)碰到施做的炮孔傾斜角度為負(fù)值，則炮孔往往向上傾斜，這樣就不能用清水對(duì)炮孔的能量進(jìn)行封堵。滬昆客專超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的實(shí)踐證明，利用浸水后的速凝錨固劑封堵炮孔能得到較好的數(shù)據(jù)。但是地震波的能量還是損失較多，振幅需要增加到兩倍，如圖2為滬昆客專某隧道將其地震波振幅調(diào)整到2倍后的TSP數(shù)據(jù)情況。

另外，由于隧道2臺(tái)階或者3臺(tái)階施工工藝要求所限，往往接受孔與炮孔不在同一直線上，會(huì)出現(xiàn)相對(duì)高差，在測(cè)量時(shí)一定要將炮孔的Z坐標(biāo)測(cè)量準(zhǔn)確。

如滬昆客專貴州段某隧道TSP探測(cè)過(guò)程中接受孔與炮孔的高差值約為3.5 m，導(dǎo)致對(duì)前方巖溶的判識(shí)產(chǎn)生里程上的偏差。因此，在TSP探測(cè)時(shí)盡量應(yīng)將接收孔和炮孔布置在同一個(gè)臺(tái)階上，以消除這種高度差所產(chǎn)生的誤差。

3TSP數(shù)據(jù)采集時(shí)接收套管未固結(jié)牢固造成的影響

在進(jìn)行接收套管的安裝時(shí)應(yīng)采用環(huán)氧樹(shù)脂將套管固結(jié)，如果套管與圍巖耦合不密實(shí)，會(huì)導(dǎo)致接收器和地震波不同步。所接受到的數(shù)據(jù)大部分為聲波、面波的干擾波，在地震記錄上呈現(xiàn)強(qiáng)而尖銳的波至，這樣的數(shù)據(jù)無(wú)法讀取初至波的時(shí)間，而且一切振幅都是假振幅。

固結(jié)不實(shí)有時(shí)還會(huì)產(chǎn)生套管的微震，會(huì)產(chǎn)生地震波不呈指數(shù)衰減的連續(xù)震蕩波，圖3即為滬昆客專某隧道接受套管未安裝密實(shí)而采集到的數(shù)據(jù)波形。

一個(gè)好的地震波數(shù)據(jù)其振幅包絡(luò)線必然呈指數(shù)衰減趨勢(shì)，波形無(wú)變異情況，初至直達(dá)波明顯。如果炮孔成孔較好，炮孔深度在1.5 m，傾角為10.0°～12.0°左右，可測(cè)到規(guī)范的TSP數(shù)據(jù)，圖4即為滬昆客專某隧道采集到的一組比較優(yōu)秀的數(shù)據(jù)。另外，對(duì)地質(zhì)狀況非常復(fù)雜的隧道，也可使用兩壁爆破剖面測(cè)量，以將獲得的TSP數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比和相互校正。

4地質(zhì)分析對(duì)TSP數(shù)據(jù)采集時(shí)的有利作用

在進(jìn)行TSP數(shù)據(jù)采集時(shí)，特別是在布孔時(shí)，有時(shí)候需要參考地質(zhì)資料。通常來(lái)說(shuō)，巖層的主要結(jié)構(gòu)傾向、方位與隧道軸線呈相對(duì)固定的關(guān)系，在許多情況下，這些關(guān)系可以通過(guò)地質(zhì)分析、隧道勘測(cè)以及隧道的施工記錄得到。如滬昆客專貴州段某隧道在進(jìn)行地質(zhì)分析后發(fā)現(xiàn)前方斷層首先與隧道的左側(cè)相交，為了及時(shí)探測(cè)該斷層的發(fā)育情況，則在施做炮孔時(shí)就將炮孔布置在該隧道的左側(cè)邊墻上，并在隧道右側(cè)也增加了數(shù)據(jù)接收裝置。盡管隧道前方的地質(zhì)情況未知，但在隧道左右兩側(cè)邊墻上各安裝一對(duì)接受器就可提供更多的附加信息。

5結(jié)束語(yǔ)

TSP隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)是一個(gè)龐大、復(fù)雜的研究領(lǐng)域，需要將地質(zhì)、物探、數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)等各門學(xué)科進(jìn)行結(jié)合，在今后的生產(chǎn)和研究中，需要不斷積累、總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，以提高TSP超前地質(zhì)預(yù)報(bào)水平。

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中圖分類號(hào)：P631.4

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1672-7479(2015)06-0047-02

作者簡(jiǎn)介：馬振華(1980—)，男，2004年畢業(yè)于西安科技大學(xué)地質(zhì)工程專業(yè)，碩士，工程師。

收稿日期：2015-10-28