TGP206在王家壩隧道地質超前預報中的應用

蘭　宇，王　杰

（1.重慶高速公路集團有限公司，重慶401121；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）

·隧道與建設工程·

TGP206在王家壩隧道地質超前預報中的應用

蘭宇*1，王杰2

（1.重慶高速公路集團有限公司，重慶401121；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）

從全國范圍隧道建設來看，隧道超前地質預報在隧道建設有著重大的作用?？梢宰尮こ淘O計人員對前方地質情況更加熟悉，更合理地進行后續(xù)的施工管理和組織。特別是對于工作人員的安全有著更大的意義，更大程度的體現(xiàn)“以人為本”的理念。因此著重介紹TGP206原理和方法，同時結合TGP在實際隧道建設的應用來證明其探測結果的可靠性。同時結合現(xiàn)場實際的探測結果也驗證了TGP超前地質預報的準確性，可以指導后續(xù)施工。

TGP206；超前地質預報；王家壩隧道

1　概述

近幾年來，全國興起了建設大潮，隧道建設更是如火如荼。但同時不可忽略的是，隧道安全事故也頻頻發(fā)生。尤其在當下，新建隧道埋深更大、跨度更寬，其施工難度以及地質條件也變得更加復雜。在隧道建設中，各種地質問題也頻繁出現(xiàn)，比如前方掌子面坍塌、溶洞、隧道突水等地質問題。這些問題嚴重威脅施工人員的安全以及制約施工進度。在此背景下，超前地質預報技術運用到實際中［1～2］，并取得較好的效果。結合在王家壩隧道使用TGP206，對地質超前預報作詳細介紹。

2　工程背景

王家壩隧道全長1303m，隧道進口里程為DK487+ 837，出口里程DK489+140。雙線隧道，線間距4.6m，設計為16.5‰的單面坡。最大埋深約85m，最小埋深35m，地面高程600～700m，地面自然坡度10°～30°。

隧區(qū)位于江油北—江油區(qū)間，為低山丘陵地貌。隧道洞身為侏羅系中統(tǒng)沙溪廟組泥巖夾砂巖，存在的不良地質為順層偏壓。隧道為低瓦斯隧道。

3　TGP206的方法和原理

3.1預報原理

地震波在巖土介質傳播時，其傳播時間與傳播距離成正比。且地震波在穿越巖體的過程中，由于巖體性質和巖體界面的聲阻抗等因素影響，地震波的能量也逐漸耗。所以TGP206在隧道地質超前預報的應用中，就是利用地震波在不均勻巖體的聲阻抗界面產(chǎn)生反射波。通過儀器采集這些信息，并通過相關處理軟件就能對隧道掌子面前方的巖體進行判斷。同時輔以現(xiàn)場地質資料進行分析，更準確地對前方地質分析，達到地質超前預報的目的。而地震波就是通過將隧道邊墻部位的鉆孔安放炸藥引爆，以此產(chǎn)生地震波。而鉆孔通常是在洞壁一側沿直線布置，數(shù)量一般為24個。炮孔接收孔的布置如圖1所示。

圖1　炮孔布置圖

3.2預報方法

TGP206超前地質預報是在隧道掌子面附近的邊墻布置接收孔和24個炮孔，在炮孔放少量炸藥。逐孔引爆炸藥，就產(chǎn)生地震波。當?shù)卣鸩ㄔ谡谱用媲胺綆r體中傳播時，由于地質條件的復雜性，其聲波阻抗不一致，會有一部分地震波反射過來，另一部分繼續(xù)傳播。這樣，地震波傳播的全過程就能夠被洞孔兩側的接收孔接收。然后就可以通過主機軟件進行處理和分析（圖2）［3］。

圖2　現(xiàn)場工作示意

4　TGP206在王家壩隧道中的應用

4.1掌子面地質情況

為準備此次隧道超前地質預報，需要對掌子面DK488+255出進行相應地質素描（見圖3）。通過現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)：此次掌子面圍巖為泥巖夾砂巖，巖層產(chǎn)狀為30°～70°，節(jié)理裂隙發(fā)育一般，掌子面附近有塊狀碎石；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Ⅳ級。具體圍巖情況見圖4。

圖3　DK488+255掌子面素描

圖4　DK488+255圍巖情況

4.2數(shù)據(jù)采集

本次數(shù)據(jù)采集，掌子面里程DK488+255，預報里程范圍為DK488+255—DK488+405（即預報掌子面前方150m）。在實際的現(xiàn)場操作中，預報的接收孔和炮孔的布置如下：炮孔布置在隧道的左側后者右側，第一個炮孔距離掌子面5～10m，炮孔間距為1.5m，接收孔距最后一個炮孔20m左右。左右各對稱布置一個接收孔。采集時逐個激發(fā)，以便收集［4］。

4.3探測結果

將在隧道采集到的文件傳輸至計算機TGPwin軟件，通過其對數(shù)據(jù)進行處理，可以得到同側原始波形圖、同側繞射偏移圖（圖6）、同側反射截面圖（圖7）和波速變化圖（圖8）［5-6］。

圖5　現(xiàn)場地震波同側原始波形圖

圖6　同側繞射偏移圖

圖7　同側反射截面圖

圖8　波速變化圖

依據(jù)地質資料和隧道施工裸露的實際情況以及此次預報的縱波比速度分布圖，可將本次預報里程段分為4個主要圍巖變化分區(qū)段，這里結合圖1～圖4就各分段的圍巖變化情況分析說明如下：

（1）DK488+255～DK488+270圍巖段：縱波波速幾無變化，橫波波速有小幅波動，縱波繞射波呈現(xiàn)強烈冷暖交替變化，縱橫波反射明顯；推測該段圍巖較掌子面變化不大，圍巖巖性較好，節(jié)理較為發(fā)育，局部圍巖較為破碎，在+265附近圍巖較為破碎，施工時應提高警惕；地下水不發(fā)育。預報圍巖級別為Ⅳ級，施工中注意+265附近圍巖較破碎，施工中注意洞頂和邊壁巖體掉落，注意施工安全，建議及時支護。

（2）DK488+270～DK488+304圍巖段：縱波波速先下降后升高，橫波波速出現(xiàn)小幅波動，縱橫波反射明顯，反射面較多，縱波繞射波呈現(xiàn)較為強烈的冷暖交替變化。推測此段圍巖巖性相對前一段較差，圍巖較為破碎，節(jié)理較發(fā)育；地下水不發(fā)育；在+284附近圍巖巖性變化較大，在+290附近圍巖巖性較差。預測圍巖等級為Ⅳ級，施工中注意+284和+290附近的巖性變化，施工中注意安全，建議加強支護。

（3）DK488+304—DK488+340圍巖段：縱波波速升高，橫波波速有小幅波動，縱波波反射明顯，橫波無反射，縱波偏移繞射圖呈現(xiàn)冷暖交替變化，但以暖色為主。推測該區(qū)段圍巖較前一段變好，圍巖整體性較好，節(jié)理發(fā)育一般，地下水不發(fā)育；在+317附近圍巖相對較差，施工時要加強注意。預測圍巖等級為Ⅳ級，施工中應注意巖塊從洞頂和邊壁掉落。

（4）DK488+340—DK488+405圍巖段：縱橫波波速幾無變化，縱波局部出現(xiàn)較為明顯的反射，橫波反射不明顯，縱波繞射波呈現(xiàn)較為均勻的冷暖變化，以暖色調為主。推測該區(qū)段整體巖性較好，局部節(jié)理較發(fā)育；+ 390和+400附近圍巖較差，施工時應引起注意；地下水較不發(fā)育。預測圍巖等級為Ⅳ級，施工中應注意+390 和+400附近圍巖較差，注意施工安全。

5　現(xiàn)場實際情況分析

本預報段內圍巖較好，未發(fā)現(xiàn)有重大地質病害，巖體主要以泥巖夾砂巖為主，此巖體強度一般，節(jié)理一般發(fā)育，地下水不發(fā)育，局部范圍內隧道圍巖比較破碎。本預報段內圍巖級別為Ⅳ級。

6　結語

王家壩隧道以泥巖夾砂巖為主，地質變化較明顯，地質情況也較為復雜。巖體較發(fā)育，在過程中，洞壁及拱頂容易出現(xiàn)掉塊，圍巖壁面也時常發(fā)生滲水、滴水等現(xiàn)象，在陰雨天氣，此現(xiàn)象更為嚴重。因此在隧道施工中將TGP206作為地質超前預報的手段，可以對掌子面前方的地質有大概的了解，這對后續(xù)的施工計劃、施工進度以及施工人員安全有著特別重要的意義。

［1］張慶松，李術才，孫克國，等.公路隧道超前地質預報應用現(xiàn)狀與技術分析［J］.地下空間與工程學報，2008，4（4）：766-771.

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

［3］吳正生.綜合地質超前地質預報方法在隧道工程中的應用［J］.工程與建設，2011，25（6）：764-767.

［4］王曉川，盧義玉，夏彬偉等.超前地質預報在大相嶺隧道施工中的應用［J］.重慶大學學報，2009（10）.

［5］趙新梅.TGP在云山隧道地質超前預報中的應用［J］.山西建筑，2014，40（15）：192-194.

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

Application of TGP206 for GeologicalAdvanced Prediction in Wangjiaba Tunnel

LAN Yu1，WANG Jie2
（1.Chongqing Expressway Group Co.，LTD，Chongqing，401121，China；2.The Key Laboratory of Traffic Tunnel Project Education Ministry，Southwest Jiaotong University，Chengdu Sichuan 610031，China）

The tunnel geological advanced prediction has a major role in nationwide tunnel construction.It can allow engineers tomore familiar with the geological situation ahead，more reasonable to follow up the construction management and organization，especially for the safety of the staff has a greater significance，to a greater extent for the concept of"people oriented".So this paper focuses on the principle and method of TGP206，and proves the reliability of the detection result with the application of TGP in the construction of actual tunnel.Meanwhile the actual detection results also verify the accuracy of the TGP geological prediction which has a guide to follow-up construction.

TGP206；geological advanced prediction；Wangjiaba Tunnel

U45

B

1004-5716（2016）05-0190-04

2015-04-29

蘭宇（1979-），男（漢族），四川自貢人，高級工程師，現(xiàn)從事公路工程方面的管理、咨詢工作。