TSP303系統(tǒng)在隧道超前地質(zhì)預(yù)報中的應(yīng)用

■李海

（廊坊市中鐵物探勘察有限公司　河北　廊坊　065000）

TSP303系統(tǒng)在隧道超前地質(zhì)預(yù)報中的應(yīng)用

■李海

（廊坊市中鐵物探勘察有限公司河北廊坊065000）

TSP303系統(tǒng)是基于TSP202和TSP203的經(jīng)驗和特性，更為先進(jìn)、準(zhǔn)確的一種探測系統(tǒng)。TSP303系統(tǒng)不受臺階式開挖施工條件的限制和影響，系統(tǒng)軟件可以根據(jù)隧道施工實際情況建立不同斷面的隧道模型，使數(shù)據(jù)在處理過程中的計算精度及預(yù)報的準(zhǔn)確度得到有效提高。

TSP303隧道超前地質(zhì)預(yù)報系統(tǒng)導(dǎo)線斷開模式準(zhǔn)確度D隧道模型

1　引言

隧道斷面的面積及高差對TSP系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集和結(jié)果分析有很大的影響，在施工現(xiàn)場常常采用臺階式開挖，分上、中、下三臺階式開挖方式，上臺階長度達(dá)不到布孔的長度，炮孔和接受孔只能布置上臺階和中臺階或者下臺階的邊墻位置。以往的預(yù)報系統(tǒng)默認(rèn)隧道斷面是一個不變的截面，這樣在后期的數(shù)據(jù)處理和分析結(jié)果都有一定的誤差。為了有效的解決這些問題，TSP303Plush超前預(yù)報預(yù)報系統(tǒng)建立3D隧道模型并確定整個探測范圍內(nèi)3D空間的巖石力學(xué)參數(shù)，如彈性模量和泊松比，這樣大大提高了計算的精度和預(yù)報結(jié)果的準(zhǔn)確度。

2　工程實例

2.1南門口隧道工程概況

擬建南門口隧道進(jìn)口位于福建省龍巖市新羅區(qū)西陂鎮(zhèn)聯(lián)村，出口位于龍巖市新羅區(qū)龍門鎮(zhèn)湖一村，起迄里程為：DK231+898～DK242+202,全長10304m，隧道洞身最大埋深390m。

掌子面圍巖為石英砂巖夾煤線，節(jié)理發(fā)育,巖體較破碎,巖質(zhì)較軟；地下水主要為基巖裂隙水，不發(fā)育。掌子面里程為DK238+220。由于現(xiàn)場條件限制，炮孔及接受孔布置在上臺階和中臺階。TSP303Plush超前預(yù)報預(yù)報系統(tǒng)處理后的3D隧道模型如圖1。

圖1　隧道3D模型圖

3　TSP303工作原理

隧道地震波法超前預(yù)報原理是利用地震反射波和繞射波原理，對隧道掌子面前方的地質(zhì)條件進(jìn)行探測。由震源產(chǎn)生的地震波向隧道前方傳播的過程中，遇到巖體中相對大的聲阻抗界面會產(chǎn)生反射波，遇到相對小的聲阻抗界面會產(chǎn)生繞射波，統(tǒng)稱為地震回波。利用設(shè)備采集隧道圍巖中界面的地震回波，通過專業(yè)處理系統(tǒng)提取回波的界面位置、空間分布、回波極性和回波能量等信，并結(jié)合隧道地質(zhì)勘察資料綜合分析，實現(xiàn)隧道地質(zhì)超前預(yù)報目的。現(xiàn)場需要采用三分量檢波器實現(xiàn)空間地震回波的矢量檢測和縱橫波采集，保處理系統(tǒng)利用多波多分量進(jìn)行全波震相分析和極化波計算，獲得2維和3維空間的偏移歸位圖、斷面掃描圖，獲得界面回波位置和界面空間分布，以及界面間巖體性質(zhì)等預(yù)報資料。

4　現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集過程

進(jìn)入采集模式，由于現(xiàn)場沒有瞬發(fā)電雷管，只有延時毫秒雷管，所以采集模式采用導(dǎo)線斷開模式。炸藥激震的同步信號采取開路觸發(fā)方式，即爆炸的同時觸發(fā)儀器采集，保證地震波信號的時間精度；使用乳化炸藥，藥量控制在100克至150克，有利于產(chǎn)生高頻地震波信號。儀器設(shè)置選擇的采樣頻率為48khz，記錄長度為500ms本次在隧道左側(cè)邊墻的同一水平線上從里向外布置24個炮孔和一個傳感器接收孔，右左側(cè)邊墻布置一個傳感器接收孔，炮孔向下傾斜，傾角約10°～15°，以方便注水。預(yù)報時掌子面位于DK238+220里程處，在DK238+268里程處布置傳感器接收孔，接收孔距掌子面50m，1號接收孔深度2.0m，5號接收孔深度1.96m，1號、5號接收孔高度均為2.0m，接收孔垂直于隧道左右壁。炮孔平均間距約1.2m，1～24號炮孔高度2.0m，第一個炮孔距接收孔15.0m。

5　數(shù)據(jù)處理與分析

本次采集數(shù)據(jù)共激發(fā)24炮，實際有24炮數(shù)據(jù)參與數(shù)據(jù)計算。數(shù)據(jù)經(jīng)過處理后得到2D成果圖及巖石力學(xué)參數(shù)曲線圖，分析結(jié)果：

DK238+220～DK238+203段圍巖情況：該段有多組反射界面，圍巖縱波速度Vp在3470m/s左右；強(qiáng)風(fēng)化，巖性為較軟巖（相對于掌子面）。推斷：該段范圍內(nèi)圍巖節(jié)理較發(fā)育，巖體較破碎，穩(wěn)定性較差，易失穩(wěn)掉塊，局部易塌方。地下水情況：該段泊松比δ為0.18并保持不變。推斷：該段范圍內(nèi)地下水不發(fā)育，含飽和基巖裂隙水，呈局部滲滴水、滲水。DK238+181～DK238+126段圍巖情況：該段有多組反射界面，圍巖縱波速度Vp在4134m/s～4512m/s之間頻繁變化；弱風(fēng)化，巖性為軟硬互層（相對于掌子面）。推斷：該段范圍內(nèi)圍巖節(jié)理較發(fā)育，巖體較破碎，穩(wěn)定性較差，易失穩(wěn)掉塊或塌方。其中在DK238+181～DK238+177范圍存在軟弱夾層，巖體破碎，穩(wěn)定性差，局部易塌方。地下水情況：該段泊松比δ在0.21～0.29之間變化。推斷：該段范圍地下水較發(fā)育，含飽和基巖裂隙水，呈滲滴水或線狀出水；其中在DK238+177處呈線狀出水。其他里程段圍巖較好，無明顯不良地質(zhì)反射信號。

6　結(jié)語

隧道超前地質(zhì)預(yù)報技術(shù)對隧道施工安全至關(guān)重要，通過對南門口隧道圍巖的后期地質(zhì)調(diào)查,探測結(jié)果和實際圍巖情況基本一致。

[1]鐵路工程巖土分類標(biāo)準(zhǔn) TB10077-2001/J123-2001.

[2]鐵路隧道超前地質(zhì)預(yù)報技術(shù)規(guī)程Q-CR 9217-2015.

[3]孫廣忠.工程地質(zhì)與地質(zhì)工程 [M].北京:地震出版社,1993

[4]王振東.淺層地震勘探應(yīng)用技術(shù) [M].北京:地質(zhì)出版社 ,1988.

[5]羅偉新.單界面反射的反射波法頻率域解釋方法的研究 [J].地球物理學(xué)報,1997, 40(4):580～588.

P62[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2016）-9-266-1