TSP地質(zhì)超前預(yù)報(bào)在楊房溝水電站上壩交通洞中的應(yīng)用

李　饒，　崔 偉 杰，　羅 詩 怡

(1.雅礱江流域水電開發(fā)有限公司，四川 成都　610051；2.四川大學(xué)水利水電學(xué)院，四川 成都　610065)

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TSP地質(zhì)超前預(yù)報(bào)在楊房溝水電站上壩交通洞中的應(yīng)用

李饒1，崔 偉 杰1，羅 詩 怡2

(1.雅礱江流域水電開發(fā)有限公司，四川 成都610051；2.四川大學(xué)水利水電學(xué)院，四川 成都610065)

摘要：TSP地質(zhì)超前預(yù)報(bào)是水電工程中探明隧洞掌子面前未知地質(zhì)條件的重要輔助手段，它在施工過程中為隧道支護(hù)參數(shù)的調(diào)整、隧洞洞線的設(shè)計(jì)優(yōu)化提供了強(qiáng)有力理論依據(jù)，同時(shí)有效的降低了隧洞開挖過程中安全事故的發(fā)生，提供工程施工進(jìn)度，降低施工成本，值得推廣。

關(guān)鍵詞：楊房溝水電站；TSP基本原理；工程中的運(yùn)用；結(jié)果分析

0引言

隨著我國(guó)水電建設(shè)的不斷發(fā)展，水電開發(fā)越來越深入山區(qū)。尤其是川西地區(qū)，崇山峻嶺，地質(zhì)條件復(fù)雜多變，在水電站隧洞、地下廠房等地下工程開挖過程中經(jīng)常會(huì)遇到巖溶、暗河、軟弱夾層等不良地質(zhì)體情況，從而導(dǎo)致發(fā)生涌水、垮塌等事故。因此，在水電站地下工程的開挖過程中，為了減少施工過程可能發(fā)生的安全事故，提高施工效率，常常需要對(duì)掌子面前方一定范圍的地質(zhì)狀況進(jìn)行預(yù)報(bào)[1]。常見的地質(zhì)預(yù)報(bào)方法有鉆探、地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)、水平鉆探和反射地震波法。其中最具代表性，也被現(xiàn)在工程普遍使用的就是反射地震波法。TSP 是反射地震波法的一種，它具有預(yù)測(cè)距離遠(yuǎn)、準(zhǔn)確性高、施工干擾小等突出優(yōu)點(diǎn)。本文主要介紹了TSP地質(zhì)超前預(yù)報(bào)技術(shù)在楊房溝水電站上壩交通洞中的運(yùn)用情況。

1TSP的基本原理

TSP是一種利用回波測(cè)量原理為隧道或地下工程超前地質(zhì)預(yù)報(bào)而專門設(shè)計(jì)的反射地震技術(shù)。地震波有在不均勻地質(zhì)體中會(huì)產(chǎn)生反射波的特性，因此，可利用這種特性來快速有效地提供在開挖周圍及前方的三維空間的工程地質(zhì)預(yù)報(bào)，是目前超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的重要手段。

測(cè)量時(shí)，在震源處用小量炸藥激發(fā)地震波信號(hào)的產(chǎn)生，產(chǎn)生的地震波信號(hào)隨即在巖石中以球面波形式傳播。當(dāng)?shù)卣鸩ㄓ龅綆r石物性界面(即波阻抗差異界面, 例如斷層、巖石破碎帶和巖性

變化等)時(shí), 一部分地震信號(hào)反射回來,一部分地震信號(hào)透射進(jìn)入前方介質(zhì)，反射的地震信號(hào)將被高度敏感的地震檢波器接收，反射信號(hào)的傳播時(shí)間和反射界面的距離成正比[2]。然后將試驗(yàn)采集的資料傳輸?shù)诫娔X中，通過TSPwin 軟件對(duì)其處理,得到P 波、SH波、SV 波的時(shí)間剖面、深度偏移剖面、提取的反射層、巖石物理力學(xué)參數(shù)、各反射層能量大小等成果,以及反射層在探測(cè)范圍內(nèi)的二維或三維的空間分布[3]。

2TSP在工程中的運(yùn)用

2.1工程概況及項(xiàng)目背景

2.2TSP預(yù)報(bào)觀測(cè)系統(tǒng)的布置

圖1　JK0+765 掌子面TSP預(yù)報(bào)觀測(cè)系統(tǒng)布置圖

預(yù)報(bào)采用TSP200，對(duì)右岸上壩交通洞JK0+765掌子面前方地質(zhì)情況進(jìn)行了超前探測(cè)預(yù)報(bào)。在隧洞JK0+688上下游測(cè)分別處布置一個(gè)預(yù)報(bào)接收孔，接收孔距離掌子面77 m，在隧洞下游側(cè)JK0+706～742范圍內(nèi)的同一水平高度上布置了24個(gè)激發(fā)孔，具體預(yù)報(bào)觀測(cè)系統(tǒng)布置圖見圖1。 2.3TSP數(shù)據(jù)處理與結(jié)果分析

利用儀器TSP200完成數(shù)據(jù)采集，通過Twin2.1處理軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，數(shù)據(jù)處理主要步驟包括：參數(shù)設(shè)置→頻譜分析→帶通濾波→初至拾取→炮能量均衡→增益恢復(fù)→反射波提取。在成果解釋中, 對(duì)巖層的區(qū)分主要以P波剖面資料為主，并遵循地質(zhì)解釋準(zhǔn)則：(1)正反射波振幅表明硬巖層，負(fù)反射波振幅表明軟巖層。(2)Vp/Vs增加或δ突然增大，一般由于流體的存在而引起。③若Vp下降則表明裂隙或孔隙度增加。根據(jù)TSP的探測(cè)結(jié)果, 在掌子面前方150 m 范圍內(nèi)圍巖縱波波速為5 000～5 720 m/s , 巖石密 度 為2.79～2.95 g /cm3, 泊 松 比 為 0.09～0.26, 彈性靜態(tài)楊氏模量為57～64 GPa。具體的探測(cè)結(jié)果如圖2～4 所示。通過對(duì)結(jié)果分析，在預(yù)測(cè)段內(nèi)的圍巖大致可分為3段：

圖2　TSP超前預(yù)報(bào)二維成果圖

圖3　TSP 隧道超前預(yù)報(bào)深度偏移圖

圖4　TSP 隧道超前預(yù)報(bào)反射面提取圖

(1)JK0+765～802段：該段P波波速穩(wěn)定，維持在5 600 m/s左右，表明該洞段與掌子面開挖段的圍巖相同，圍巖以完整為主,巖體裂隙不發(fā)育，圍巖穩(wěn)定性好；洞段地下水不發(fā)育；圍巖類別為Ⅱ類。

(2)在JK0+802～884段：該段P波波速整體穩(wěn)定，但局部出現(xiàn)波動(dòng)，表明該洞段圍巖較好，大多屬于較完整，局部少量裂隙發(fā)育，圍巖穩(wěn)定性較好；洞段地下水不發(fā)育。圍巖類別為Ⅱ～Ⅲ類。

(3)在JK0+884～930段：該段P波波速下降，波速穩(wěn)定性差，表明該洞段圍巖相對(duì)較差，根據(jù)波速下降分析，推測(cè)JK0+884 處進(jìn)入花崗巖與變質(zhì)砂巖接觸帶，巖體局部完整性差,圍巖穩(wěn)定性差；洞段地下水不發(fā)育。圍巖類別為Ⅲ類，局部Ⅳ類。

3結(jié)論

根據(jù)結(jié)果推測(cè)可知，JK0+884附近進(jìn)入花崗巖與變質(zhì)砂巖接觸帶，為避免在變質(zhì)砂巖中掘進(jìn)，應(yīng)對(duì)上壩交通洞洞線進(jìn)行優(yōu)化，從而節(jié)約工期，減

小施工難度。最終在楊房溝水電站上壩交通洞施工過程中，采納了TSP地質(zhì)超前預(yù)報(bào)給出的建議，對(duì)隧洞拐彎位置進(jìn)行了優(yōu)化調(diào)整，最終避開變質(zhì)砂巖段，成功地縮短了工期，減少了工程投資。

TSP地質(zhì)超前預(yù)報(bào)是水電工程中探明隧洞掌子面前未知地質(zhì)條件的重要輔助手段，它在施工過程中為隧道支護(hù)參數(shù)的調(diào)整、隧洞洞線的設(shè)計(jì)優(yōu)化提供了強(qiáng)有力理論依據(jù)，同時(shí)有效的降低了隧洞開挖過程中安全事故的發(fā)生，提供工程施工進(jìn)度，降低施工成本，值得推廣。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙勇, 肖書安, 等.TSP 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)在隧道工程中的應(yīng)用[J] .鐵道建筑技術(shù), 2003(5).

[2]孫維清, 胡新兆 , 蔡成國(guó). 地質(zhì)超前預(yù)報(bào)在魯竹壩隧道勘查中的應(yīng)用[J].西部探礦工程，2008(2)：142-145.

[3]溫樹林 ,吳世林. TSP 203 在云南元磨高速公路隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)中的應(yīng)用[J]. 地球物理學(xué)進(jìn)展，2003，18(3)：465-471.

[4]張勇, 張子新, 華安增.TSP 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)在公路隧道中的應(yīng)用[J] .東北公路, 2001, 24(2):77-79.

(責(zé)任編輯：卓政昌)

電力論壇

李饒(1988-)，男，四川資陽人，畢業(yè)于四川大學(xué)水工結(jié)構(gòu)工程專業(yè)，助理工程師，現(xiàn)于雅礱江流域水電開發(fā)有限公司從事工程管理；

崔偉杰(1988-)，男，河北石家莊人，畢業(yè)于河海大學(xué)水工結(jié)構(gòu)工程專業(yè)，助理工程師，現(xiàn)于雅礱江流域水電開發(fā)有限公司從事工程管理；

羅詩怡(1992-)，男，重慶合川人，四川大學(xué)建設(shè)項(xiàng)目工程管理專業(yè)(在讀).

作者簡(jiǎn)介:

文章編號(hào):1001-2184(2016)02-0112-03

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B

中圖分類號(hào):TV7；P641.72；S763.305

收稿日期:2016-03-17