TGP206隧道地震波預(yù)報(bào)系統(tǒng)在某隧道施工中的運(yùn)用與探討

0 引言

隧道的發(fā)展趨勢(shì)是隧道越修越長(zhǎng)、越修越寬，穿越的地質(zhì)越來(lái)越復(fù)雜。地質(zhì)超前預(yù)報(bào)對(duì)隧道能否安全施工，以及施工期間圍巖的準(zhǔn)確評(píng)定起著關(guān)鍵作用[1-2]。2009年，劉云禎[3-4]提出TGP隧道地震波預(yù)報(bào)系統(tǒng)與技術(shù)，并將其運(yùn)用到隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)中。2011年，劉奕輝[5]將TGP206超前地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)運(yùn)用于大王頂隧道中的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，取得較好的效果。2012年，王曉川等[6]基于TGP預(yù)報(bào)系統(tǒng)探測(cè)原理及使用過(guò)程中存在的問(wèn)題，結(jié)合工程應(yīng)用的反饋，提出誤差的解決措施，增加TGP預(yù)報(bào)系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息解釋的準(zhǔn)確性和可靠性。2012年，陳中學(xué)等[7]將TGP成功運(yùn)用于隧道的巖溶預(yù)報(bào)中。

重慶市兩江新區(qū)一橫線上某隧道左線長(zhǎng)905m，右線長(zhǎng)902m，洞身地面山體穩(wěn)定，地層分布連續(xù)，無(wú)斷層破碎帶，圍巖巖性為泥巖、砂巖，巖體較完整，巖體呈中厚層狀、裂隙不發(fā)育，圍巖穩(wěn)定性較好。隧道圍巖主要是IV、V級(jí)圍巖，其中進(jìn)、出口段為V級(jí)圍巖，洞身為IV級(jí)圍巖。

1 TGP隧道地震波預(yù)報(bào)系統(tǒng)

1.1 預(yù)報(bào)原理

隧道地震波超前預(yù)報(bào)原理是利用地震反射波和繞射波原理，對(duì)隧道掌子面前方的地質(zhì)條件進(jìn)行探測(cè)（圖1）。地震波在三維空間傳播過(guò)程中，遇到聲阻抗界面產(chǎn)生反射波。設(shè)備采集隧道圍巖中界面的反射波，通過(guò)數(shù)據(jù)處理提取反射波的界面位置、空間分布、反射波極性和能量等信息，并綜合分析隧道地質(zhì)勘察資料，達(dá)到預(yù)報(bào)隧道掌子面前方地質(zhì)情況的目的。

圖1 隧道地震波反射探測(cè)原理

1.2 預(yù)報(bào)方法

預(yù)報(bào)檢測(cè)時(shí)掌子面里程為YK12+565；在洞壁左側(cè)布置激發(fā)孔，激發(fā)孔的起止里程為YK12+585～YK12+625，共布置21個(gè)激發(fā)炮孔，激發(fā)孔的間距為2m，距地面的高度為1.5m，炮孔深度約為2m。炸藥量控制在50g左右，各孔藥量一致。

在里程為YK12+645位置處左、右壁對(duì)稱各布置一個(gè)接收孔，接收孔距離掌子面80m。在接收孔中放置接收探頭，接收探頭采用黃油與圍巖耦合。

近些年，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)水平不斷發(fā)展，工業(yè)體系及工業(yè)技術(shù)不斷完善，自動(dòng)化技術(shù)在許多領(lǐng)域都得到了應(yīng)用，機(jī)械自動(dòng)化對(duì)我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)以及經(jīng)濟(jì)發(fā)展都起到了舉足輕重的作用，但由于我國(guó)工業(yè)發(fā)展起步較晚，工業(yè)基礎(chǔ)比較薄弱，在很多方面都與西方發(fā)達(dá)國(guó)家有著較大的差距，在地區(qū)分布上還存在著地區(qū)發(fā)展不平衡的問(wèn)題。工業(yè)自動(dòng)化發(fā)展較快的城市主要分布在沿海地區(qū)，并且數(shù)量逐步向內(nèi)陸遞減。

圖2 同側(cè)地震波三分量波形圖

圖3 同側(cè)三波波型合成位圖

圖4 預(yù)測(cè)反射界面圖示（成果圖）

2 測(cè)試結(jié)果

2.1 掌子面地質(zhì)情況

掌子面里程樁號(hào)為YK12+565，掌子面圍巖為砂質(zhì)泥巖，巖體較完整，節(jié)理裂隙不發(fā)育，地下水不發(fā)育，圍巖等級(jí)初定為IV級(jí)。

軍莊鎮(zhèn)位于北京市門頭溝區(qū)東部，面積為33.47 km2，北與海淀區(qū)、東與石景山區(qū)相鄰，南、西分別與本區(qū)龍泉鎮(zhèn)、妙峰山鎮(zhèn)接壤.軍莊鎮(zhèn)距離北京市昌平區(qū)、豐臺(tái)區(qū)、房山區(qū)直線距離均不足20 km，距北京城區(qū)僅25 km，地理位置十分優(yōu)越.軍莊鎮(zhèn)雖然鎮(zhèn)域面積不大，但地層種類較多，出露較好，主要為古生界奧陶系、石炭系和二疊系地層.在軍莊鎮(zhèn)中部不到11.5 km2的區(qū)域內(nèi)，集中了沉積巖、火成巖以及巖溶地貌、斷層、褶皺、地層不整合接觸面等多種地質(zhì)地貌現(xiàn)象，地質(zhì)遺跡非常豐富(圖1).

2.2 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)結(jié)果

周所長(zhǎng)令小張快去找到這兩個(gè)人。大約一刻鐘后，這兩個(gè)搬運(yùn)工被惶恐不安地帶到值班室。當(dāng)他們聽(tīng)說(shuō)自己就是抬著裝尸體的紙箱去寄存的時(shí)候，嚇得渾身都在打擺子。這起案子已經(jīng)鬧得全城皆知，他們做夢(mèng)也沒(méi)有想到這具尸體會(huì)是經(jīng)自己之手寄存的。他們努力回憶那天的情況。老趙說(shuō)：“客人有時(shí)讓我們代辦寄存的情況雖然不是很多，但有時(shí)也有。那天那個(gè)客人好像是通過(guò)電話直接打到服務(wù)臺(tái)，然后服務(wù)臺(tái)通知我們到停車場(chǎng)的?！?/p>

經(jīng)過(guò)TGP專業(yè)軟件計(jì)算得出檢測(cè)段圍巖參數(shù)為：縱波速度Vp=2870m/s；橫波速度Vsh=1140m/s；泊松比為0.406；彈性模量Ed=8294MPa；剪切模量Gd=2949MPa；巖體密度為2.27t/m？。并參照已經(jīng)開(kāi)挖的隧道圍巖情況進(jìn)行綜合預(yù)報(bào)分析，預(yù)報(bào)分析結(jié)果如下：

（1）TGP206地震波預(yù)報(bào)系統(tǒng)在隧道掌子面前方150m范圍內(nèi)地質(zhì)情況，預(yù)報(bào)結(jié)果較可靠。

YK12+515～YK12+505范圍，出現(xiàn)負(fù)反射，縱波波速降低，降低端長(zhǎng)度為10m，推斷節(jié)理裂隙發(fā)育、軟弱夾層。

實(shí)際施工過(guò)程中，隧道YK12+565～YK12+480里程范圍內(nèi)，隧道圍巖與預(yù)報(bào)時(shí)掌子面情況類似，圍巖等級(jí)初定為IV級(jí)。隧道里程樁號(hào)YK12+480～YK12+435范圍內(nèi)，節(jié)理裂隙較預(yù)報(bào)掌子面處較發(fā)育，圍巖初定為V級(jí)。該次超前預(yù)報(bào)所獲得的結(jié)論與實(shí)際情況較符合。隧道右線于2013年6月19日順利貫通，隧道施工過(guò)程中，TGP206作為主要的超前預(yù)報(bào)手段取得良好的效果。

YK12+485～YK12+415段，在樁號(hào)里程YK12+505位置出現(xiàn)縱波的負(fù)反射，由縱波偏移圖可見(jiàn)隧道比激發(fā)段要差，節(jié)理裂隙發(fā)育，圍巖穩(wěn)定性差。

（2）TGP206地震預(yù)報(bào)系統(tǒng)在圍巖等級(jí)發(fā)生變化時(shí)情況，預(yù)報(bào)結(jié)果較準(zhǔn)確。

2.3 預(yù)報(bào)結(jié)果驗(yàn)證

隧道設(shè)計(jì)圖紙中隧道圍巖情況為：隧道里程YK12+443.80～YK12+565段圍巖為泥巖，節(jié)理裂隙不發(fā)育，圍巖等級(jí)為IV級(jí)。隧道里程YK12+435～YK12+443.80段圍巖以泥巖為主，為軟巖，節(jié)理裂隙較發(fā)育，圍巖穩(wěn)定性差，圍巖等級(jí)為V級(jí)。

YK12+505～YK12+485范圍，縱、橫波波速明顯上升、恢復(fù)至2870m/s的水平，推斷該范圍內(nèi)隧道圍巖與已經(jīng)開(kāi)挖的掌子面處的巖體基本一致。

現(xiàn)場(chǎng)采集的TGP地震波數(shù)據(jù)，通過(guò)TGP專業(yè)軟件進(jìn)行處理。分析處理得出隧道同側(cè)三波（P波、SH波、SV波）波形圖和合成位圖，如圖2、圖3所示；隧道兩側(cè)的綜合反射界面預(yù)報(bào)成果圖，如圖4所示。

3 結(jié)論及討論

3.1 結(jié)論

通過(guò)對(duì)TGP206地震波預(yù)報(bào)系統(tǒng)在某隧道中的預(yù)報(bào)結(jié)果與隧道工程實(shí)際開(kāi)挖后圍巖情況對(duì)比分析，可以得到以下結(jié)論：

YK12+565～YK12+515范圍內(nèi)，圍巖與激發(fā)段圍巖類似，為泥巖，節(jié)理裂隙不發(fā)育。

河水彎彎，堤岸轉(zhuǎn)向深處，也更加幽靜。在一棵大樹(shù)下，他們并肩坐下。凝視清澈的河水，聞到女人的體香，蔣浩德有點(diǎn)神魂顛倒。他給紫云準(zhǔn)備了一件禮物，純天然蠶絲連衣裙，探探心意：“紫云啊，上次讓你受累了，買件衣服送你?！?/p>

a）同側(cè)b）對(duì)側(cè)

3.2 討論

由于隧道圍巖和現(xiàn)場(chǎng)條件各不相同，采集到數(shù)據(jù)信息差別較大，再加上從業(yè)人員的參差不齊，使得TGP206地震波預(yù)報(bào)系統(tǒng)在隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)中的預(yù)報(bào)結(jié)果存在一定誤差。為提高其預(yù)報(bào)結(jié)果的準(zhǔn)確性，筆者認(rèn)為應(yīng)加強(qiáng)以下方面的工作：

本次入組的36例均來(lái)自南京醫(yī)科大學(xué)第二附屬醫(yī)院康復(fù)科和神經(jīng)內(nèi)科收治的患者,15名女性,21例男性,年齡在35歲到60歲之間,平均年齡52歲。將患者按入院順序依次編號(hào),隨機(jī)分為A、B二組,每組18例。病程0.5~6.5個(gè)月,平均病程為2個(gè)月,其中腦出血病人16例,腦梗死病人20例?；颊吒黜?xiàng)數(shù)據(jù)均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

（1）在進(jìn)行隧道超前預(yù)報(bào)前，應(yīng)深入研究隧道工程地質(zhì)設(shè)計(jì)說(shuō)明，了解隧道將穿越巖性、地層產(chǎn)狀及分布以及存在的特殊地質(zhì)問(wèn)題和主要地質(zhì)病害，做到有的放矢。此外，在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時(shí)，也應(yīng)加強(qiáng)對(duì)已開(kāi)挖隧道段和掌子面圍巖地質(zhì)情況的觀測(cè)。

大數(shù)據(jù)、算法等計(jì)算機(jī)技術(shù)是人類取得的先進(jìn)技術(shù)，我們當(dāng)然需要正視和積極利用這些先進(jìn)技術(shù)，但同時(shí)我們也仍然需要看到抽樣技術(shù)的價(jià)值。至少到目前為止，抽樣問(wèn)卷調(diào)查仍然沒(méi)有被廢棄，我們要善于學(xué)習(xí)和掌握抽樣技術(shù)。

（2）做好現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集?，F(xiàn)場(chǎng)激發(fā)孔與接收孔終孔前需要進(jìn)行沖孔，以保證其有效深度。每次激發(fā)時(shí)的炸藥應(yīng)推至孔底，孔內(nèi)灌滿水后進(jìn)行激發(fā)。TGP接收探頭務(wù)必與圍巖密切耦合，以免影響地震波初至的時(shí)間。

（3）數(shù)據(jù)處理過(guò)程中，特別注意區(qū)分有效波和干擾波。干擾波主要有管波、外界脈沖信號(hào)干擾波、電流干擾波等，它是影響預(yù)報(bào)準(zhǔn)確性的關(guān)鍵因素，而在現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集過(guò)程中，往往無(wú)法保證每次均能夠及時(shí)消除干擾因素，因此數(shù)據(jù)處理過(guò)程中，應(yīng)根據(jù)不同干擾波的特征進(jìn)行清除，以提高預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性。