TGP206在廟子梁隧道地質(zhì)超前預(yù)報中的應(yīng)用

王正明，趙玉東

（1.中國中鐵港航局集團有限公司，廣東廣州510660；2.西南交通大學交通隧道工程教育部重點實驗室，四川成都610031）

TGP206在廟子梁隧道地質(zhì)超前預(yù)報中的應(yīng)用

王正明*1，趙玉東2

（1.中國中鐵港航局集團有限公司，廣東廣州510660；2.西南交通大學交通隧道工程教育部重點實驗室，四川成都610031）

介紹了TGP206超前地質(zhì)預(yù)報系統(tǒng)的原理和使用方法，同時，結(jié)合廟子梁隧道，闡述了TGP206在隧道地質(zhì)超前預(yù)報中的實用性和有效性。根據(jù)現(xiàn)場反饋的地質(zhì)質(zhì)料，TGP206超前隧道預(yù)報儀具有較好的準確性，能夠有效地指導(dǎo)工程施工。

TGP206；超前預(yù)報；廟子梁隧道

1 概述

隨著我國公路交通事業(yè)的發(fā)展，隧道工程的數(shù)量和長度明顯增加，隧道工程的規(guī)模不斷擴大，相應(yīng)地質(zhì)條件的復(fù)雜性和施工難度也不斷增加[1]。對比其他工程，隧道工程具有隱蔽性、復(fù)雜性和不確定性等突出特點，在勘測階段往往只能完成其中一部分，只能起到定性的或局部定量的評價，還有較大一部分地質(zhì)工作，須伴隨著隧道施工進行[2]?；谒淼朗┕さ奶厥庑?，超前地質(zhì)預(yù)報技術(shù)被提出及應(yīng)用[3-4]。物探法作為超前預(yù)報手段的一種，是最為常見的一種預(yù)報方法，其中主要以地震波法為主。本文結(jié)合在廟子梁隧道中采用的TGP206預(yù)報儀，對隧道地質(zhì)超前預(yù)報進行介紹。

2 工程概況

廟子梁隧道全長5690.147m，隧道進口里程為D4K462+014，出口里程D4K467+704，最大埋深約220m。地面高程624～932m，相對高差308m。隧區(qū)位于四川龍門山北東向褶皺帶之東翼與四川盆地邊緣弧形構(gòu)造帶交界處，屬構(gòu)造侵蝕、風化剝蝕中低山區(qū)地貌，山嶺成北東向展布。上覆第四系全新統(tǒng)坡洪積粉質(zhì)黏土，坡殘積粉質(zhì)粘土；下伏基巖為侏羅系中統(tǒng)沙溪廟組上段泥巖夾砂巖。單斜構(gòu)造。隧道圍巖以軟質(zhì)巖為主，右側(cè)巖體順層易坍塌。

3 TGP206原理和方法

地震波預(yù)報采用TGP206型隧道地質(zhì)超前預(yù)報系統(tǒng)（TGP即Tunnel Geology Prediction的英文縮寫，以下簡稱TGP系統(tǒng)）。TGP系統(tǒng)是北京市水電物探研究所專門為隧道及地下工程施工超前地質(zhì)預(yù)報研制開發(fā)的技術(shù)成果，已經(jīng)經(jīng)過國內(nèi)著名隧道專家組評審，鑒定為具有國際先進技術(shù)水平[5]。

TGP隧道超前地質(zhì)預(yù)報系統(tǒng)包括儀器主機、配件和處理軟件3部分。

3.1 預(yù)報原理

隧道地震波超前預(yù)報是利用地震波在巖體傳播過程中，在聲阻抗界面會產(chǎn)生地震反射波，利用儀器設(shè)備采集隧道巖體中地震波傳播的信息，通過相關(guān)處理系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)處理，結(jié)合已有的地質(zhì)資料綜合分析，實現(xiàn)對隧道前方地質(zhì)條件的推斷，達到地質(zhì)超前預(yù)報的目的。地震波震源一般采用小藥量炸藥在隧道邊墻的風鉆孔中爆炸產(chǎn)生，激發(fā)炮孔在洞壁一側(cè)沿直線布置，一般采用24個炮孔。炮孔布置如圖1所示。

圖1 炮孔布置圖

3.2 預(yù)報方法

對測線布置段和隧道掌子面巖體進行地質(zhì)描述，并選擇巖體相對完整的地段布置接收孔位置。

記錄檢波器接收孔、激發(fā)起止的炮孔的隧道里程，對于不等間距的炮孔要測量炮孔間距，記錄隧道掌子面的里程；定向并耦合安置孔中三分量檢波器；逐炮孔安置帶有計時線的炸藥卷，藥量一般控制在60～120g；根據(jù)隧道巖體條件選擇儀器采集參數(shù)：一般軟巖條件采樣率選擇0.1ms，硬巖條件采樣率選擇0.05ms；通過選擇采樣點數(shù)的多少保證地震記錄的長度不小于300～400ms。以上有關(guān)數(shù)據(jù)填寫在TGP現(xiàn)場數(shù)據(jù)記錄表中。而后進行逐炮地震波數(shù)據(jù)的采集工作，測量中要求隧道內(nèi)具有安靜的條件，有關(guān)的產(chǎn)生振動施工的項目需要暫時停止?，F(xiàn)場工作示意圖如圖2所示。所有炮孔的數(shù)據(jù)采集完畢，在檢查采集數(shù)據(jù)合格后結(jié)束現(xiàn)場測量工作。

圖2 現(xiàn)場工作示意圖

4 TGP206在廟子梁隧道中的應(yīng)用

4.1 掌子面地質(zhì)情況

通過在現(xiàn)場的觀察發(fā)現(xiàn)：該掌子面圍巖為泥巖夾砂巖，節(jié)理裂隙發(fā)育一般，掌子面附近無明顯地下水發(fā)育特征，現(xiàn)場初步判定圍巖級別為Ⅲ級。

4.2 數(shù)據(jù)采集

本次預(yù)報，掌子面里程樁號為D4K463+830，左右對稱各布置一個接收孔，里程樁號為D4K463+769，激發(fā)孔布置在左側(cè)，起止里程樁號為D4K463+789～D4K463+823.5，共24個，間距為1.5m。采集時逐個進行激發(fā)，完成采集。

4.3 探測結(jié)果

圖3 掌子面圍巖

本次預(yù)報范圍為掌子面前方150m，即D4K463+ 830～D4K463+980。

將現(xiàn)場采集的資料傳輸至計算機，利用TGPwin軟件對其進行處理，得到同側(cè)原始波形圖（如圖4）、同側(cè)繞射偏移圖（如圖5所示）、同側(cè)反射截面圖（如圖6所示）和波速變化圖（如圖7所示）[6-7]。

圖4 同側(cè)原始波形圖

圖5 同側(cè)繞射偏移圖

根據(jù)隧道地勘資料與施工揭露的實際情況并結(jié)合本次預(yù)報得到的縱波比速度分布圖可將本次預(yù)報里程段分為3個主要圍巖變化分區(qū)段，結(jié)合各分段的圍巖變化情況分析說明如下：

圖6 同側(cè)反射截面圖

圖7 波速變化圖

（1）D4K463+830～D4K463+846圍巖段，長度為16m。圍巖較掌子面變化不大，圍巖巖性較好，節(jié)理發(fā)育一般，局部圍巖較為破碎，在+830～+840段圍巖較為破碎，施工時應(yīng)提高警惕；地下水不發(fā)育。預(yù)報圍巖級別為Ⅲ級。

（2）D4K463+846～D4K463+916圍巖段，長度為70m。該區(qū)段圍巖變化較大，局部圍巖破碎，節(jié)理較發(fā)育，地下水不發(fā)育；預(yù)測圍巖等級為Ⅲ級，施工中應(yīng)注意巖塊從洞頂和邊壁掉落。

（3）D4K463+916～D4K463+980圍巖段，長度為64m。圍巖完整性較好，地下水不發(fā)育，預(yù)報圍巖等級為Ⅲ級。

5 現(xiàn)場實際狀況對比分析

（1）D4K463+830～D4K463+850，泥巖夾砂巖，弱風化，巖體樣本呈褐黃色，局部裂隙較為發(fā)育，圍巖等級定為Ⅲ級。

（2）D4K463+850～D4K463+900，泥巖夾砂巖，強風化，巖體樣本呈褐黃色、青灰色，總體裂隙較為發(fā)育，圍巖等級定為Ⅳ級。

（3）D4K463+900～D4K463+980，泥巖夾砂巖，強—弱風化，巖體樣本呈褐黃色、青灰色，局部地下水較為發(fā)育，圍巖等級定為Ⅲ級-Ⅲ級差。

6 結(jié)語

廟子梁隧道以泥巖及砂巖為主，地質(zhì)變化較為明顯，巖石總體較破碎、拱部偶見掉塊、局部小塌及圍巖滴水等現(xiàn)象。隧道施工中，將TGP206超前預(yù)報儀作為主要地質(zhì)預(yù)報手段，很好地預(yù)報了其地質(zhì)變化情況。結(jié)合工程目前具體情況分析，預(yù)報結(jié)果基本能夠滿足實際施工需要。

[1]HE Chuan，WANG Bo.Research Progress and Development Trends of Highway Tunnels in China[J].Journal of Modern Transportation，2013,21(4):209-223.

[2]吳正生.綜合地質(zhì)超前地質(zhì)預(yù)報方法在隧道工程中的應(yīng)用[J].工程與建設(shè),2011,25(6):764-767.

[3]宋先海,顧漢明,肖柏勛.我國隧道地質(zhì)超前預(yù)報技術(shù)述評[J].地球物理學進展,2006,21(2):605-613.

[4]張慶松,李術(shù)才,孫克國,等.公路隧道超前地質(zhì)預(yù)報應(yīng)用現(xiàn)狀與技術(shù)分析[J].地下空間與工程學報,2008,4(4):766-771.

[5]劉云禎.TGP隧道地震波預(yù)報系統(tǒng)與技術(shù)[J].物探與化探, 2009，33(2)：170-177.

[6]王曉川，盧義玉，夏彬偉，等.超前地質(zhì)預(yù)報在大相嶺隧道施工中的應(yīng)用[J].重慶大學學報,2009（10）.

[7]邱興友,郭新新,胥杰.TGP隧道地質(zhì)超前預(yù)報儀在斷層破碎帶探測中的應(yīng)用[J].工程與建設(shè),2012,26(6):721-723.

U455.39

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1004-5716(2015)06-0193-03

2014-06-23

2014-07-03

王正明（1974-），男（漢族），安徽寧國人，工程師，現(xiàn)從事鐵路、公路及港航方面的技術(shù)管理工作。