TGS360Pro在巖溶隧道不良地質(zhì)體識別中的應(yīng)用

許明亮 姚海波 肖劍 張海東 白玉山

摘? 要：TGS360Pro隧道地質(zhì)預(yù)報系統(tǒng)能根據(jù)波速、應(yīng)力梯度、泊松比、圍巖危險等級、含水率等參數(shù)評估圍巖情況，且有較強的抗干擾能力。文章將TGS應(yīng)用到溫泉隧道，對掌子面前方圍巖進行不良地質(zhì)體識別。依據(jù)橫、縱波等物理參數(shù)的降低及圍巖危險等級和含水率的升高，準確地預(yù)報出了隧道掌子面前方溶腔的具體位置及含水情況。證明了TGS對巖溶構(gòu)造有很強的識別能力。

關(guān)鍵詞：巖溶隧道;TGS360Pro;不良地質(zhì)體識別

中圖分類號：P642? ? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）09-0182-02

Abstract： The TGS360Pro tunnel geological prediction system can evaluate the surrounding rock conditions based on parameters such as wave speed， stress gradient， Poisson ratio， surrounding rock danger level， and water content， and has strong anti-interference ability. In this paper， TGS is applied to the hot spring tunnel to identify unfavorable geology in the surrounding rock in front of the tunnel face. Based on the reduction of transverse and longitudinal waves and other physical parameters， as well as the increase of the danger level and water content of surrounding rocks， the specific location and water content of the solution cavity in front of the tunnel face were accurately predicted. It is proved that TGS has a strong ability to recognize karst structures.

Keywords： karst tunnel; TGS360Pro; unfavorable geology

1 概述

為了提高隧道施工的安全性，超前地質(zhì)預(yù)報是隧道開挖前必不可少的一個重要環(huán)節(jié)[1-2]，同時也是判斷掌子面前方是否存在不良地質(zhì)體的有效手段[3]。

在隧道埋深大并且地質(zhì)條件復雜的情況下，進行超前地質(zhì)預(yù)報所選的設(shè)備要盡可能輕便，并且可以快速、準確地探測出巖溶、斷層破碎帶等不良地質(zhì)體距離隧道中線的位置[4-6]。因TGS具有：探測距離長（錘擊方式200m、炸藥方式200m以上）、三維數(shù)據(jù)體、任意切片、在整個預(yù)測距離內(nèi)評估巖體的穩(wěn)定性的特點，本文應(yīng)用TGS對溫泉隧道進行探測并解譯。通過將解譯結(jié)果與現(xiàn)場開挖揭露情況進行對比驗證，結(jié)果表明TGS能較為精確的探測出巖溶空腔位置。

2 工程概況

2.1 工程概況

溫泉隧道位于貴州中北部黔北山地高原地帶，屬綏陽縣溫泉鎮(zhèn)所轄，為雙向四車道分離式隧道，隧道長1270m，最大埋深約246m。隧道內(nèi)輪廓單心圓半徑5.55m，內(nèi)輪廓設(shè)計高程到拱頂高度7.1m。

2.2 地質(zhì)構(gòu)造

址區(qū)所在位置為北東向構(gòu)造變形區(qū)屬于揚子準地臺黔北臺隆遵義斷拱鳳岡。綜合地質(zhì)產(chǎn)狀為100°～125°∠56°～84°強風化巖體不僅節(jié)理發(fā)育而且?guī)r體破碎，節(jié)理產(chǎn)狀主要有210°∠85°、20°∠20°兩組且為密閉性節(jié)理，節(jié)理間距200-400mm。場區(qū)覆蓋層為殘坡積層（Qe1+d1）黏土和粉質(zhì)黏土。下伏基巖為三疊系下統(tǒng)夜郎組（T1y）灰?guī)r及粉砂質(zhì)泥巖;二疊系中統(tǒng)吳家坪組（P2w）灰?guī)r及泥巖，下統(tǒng)棲霞組-茅口組（P1q+m）灰?guī)r;志留系中上統(tǒng)韓家店群（S2-3hn）粉砂質(zhì)泥巖;下統(tǒng)龍馬溪群（S1ln）粉砂質(zhì)泥巖;奧陶系上、中統(tǒng)組（O2+3hn）灰?guī)r，下統(tǒng)湄潭組（O2+3）粉砂質(zhì)泥。

3 數(shù)據(jù)采集及解譯

TGS360Pro隧道地質(zhì)預(yù)報系統(tǒng)是俄羅斯烏拉爾國立地質(zhì)大學與GEOTECH公司合作研發(fā)的用于隧道施工超前地質(zhì)預(yù)報的三維地震探測系統(tǒng)。該系統(tǒng)依據(jù)地震波反射原理，能夠?qū)λ淼勒谱用媲胺?-200m范圍內(nèi)的不良地質(zhì)體進行識別?？梢詸z測產(chǎn)狀近于垂直的巖體缺陷區(qū)域，包括斷層構(gòu)造帶、節(jié)理構(gòu)造帶、溶腔或差異明顯的巖性界面;計算巖體的彈性模量（楊氏模量、剪切模量、單軸壓縮模量）及泊松比;計算巖體壓力梯度模量的相對值，評估整個探測距離內(nèi)巖體的穩(wěn)定性。

利用TGS360Pro隧道超前地質(zhì)預(yù)報系統(tǒng)對溫泉隧道進口左洞ZK8+045-ZK8+145進行探測，如圖1所示。

依據(jù)隧址區(qū)地質(zhì)情況及探測成果圖，對前方100 m范圍內(nèi)地質(zhì)條件進行解譯。本次探測范圍內(nèi)，發(fā)現(xiàn)多處小型巖溶構(gòu)造帶，多為巖溶裂隙帶，具體解譯如下：

ZK8+045～085：巖體縱波波速為3200-3800m/s。主體為中風化灰?guī)r，局部構(gòu)造帶為強風化灰?guī)r。巖體構(gòu)造不太發(fā)育，在里程060-067區(qū)段左下發(fā)育一小溶腔;072-075區(qū)段位置向上發(fā)育小溶腔，下方裂隙帶發(fā)育;在里程082-086區(qū)段發(fā)育巖溶裂隙帶，可能含少量地下水。推測主體為Ⅳ級圍巖。

ZK8+085～110：巖體縱波波速為3700-4000m/s。主體為中風化灰?guī)r，局部構(gòu)造帶為巖強風化灰?guī)r，巖體構(gòu)造較發(fā)育，在里程097-101右側(cè)和101-109區(qū)段發(fā)育巖溶裂隙帶，其中前者和后者走向與隧道軸向近垂直，視傾角近直立，且可能含少量地下水。推測主體為Ⅳ級圍巖。

ZK8+110～145：巖體縱波波速為3900-4600m/s，主體為中風化灰?guī)r，局部構(gòu)造帶為強風化灰?guī)r。巖體構(gòu)造較發(fā)育，在里程110-113區(qū)段左側(cè)發(fā)育小型溶腔，在里程117-121、127-129、130-133、138-140、141-143區(qū)段發(fā)育巖溶節(jié)理帶。走向與隧道軸向近垂直，視傾角近直立。可能含少量地下水。推測主體為Ⅳ級圍巖。

4 現(xiàn)場開挖情況

溫泉隧道左洞掌子面ZK8+075爆破開挖后，發(fā)現(xiàn)一溶腔口。由圖2可知：掌子面主體為中風化灰?guī)r，薄-中層構(gòu)造，灰白色、淺黃色，巖層產(chǎn)狀為112°∠78°。掌子面層間夾泥或土，巖面整體干燥，局部稍許潮濕;巖溶發(fā)育，在其左右兩側(cè)分別各發(fā)育一個圓柱體型溶腔，左側(cè)溶腔深入左邊墻約0.8m，寬約3.1～3.3m，右側(cè)溶腔深入右邊墻約1.2m，寬約5.2m，兩溶腔均從底板起向上延伸，深度均無法計算，目測在5-7m以上。巖面受溶腔影響節(jié)理不清晰可見，但巖質(zhì)軟弱，巖體破碎，底部圍巖較松散。開挖結(jié)果充分的驗證了此次TGS探測的準確性。

5 結(jié)論

TGS方法是依據(jù)地層破碎帶的反射異常來對其進行探測識別的，其理論依據(jù)是圍巖中應(yīng)力梯度幅值越大處（通常為構(gòu)造破碎帶），其反射波信號的幅值連同頻譜變化就越高。根據(jù)這一理論，將構(gòu)造破碎帶與地震波反射異常結(jié)合起來，實現(xiàn)對地質(zhì)缺陷體的探測與識別。

通過TGS從洞內(nèi)對巖溶構(gòu)造進行探測并解譯，成功預(yù)報了溶腔構(gòu)造。經(jīng)現(xiàn)場開挖跟蹤調(diào)查，表明TGS對于小尺度巖溶構(gòu)造（溶腔、溶管、溶隙帶等）具有較強的探測能力，該項探測技術(shù)具有快捷、高效、準確的特點。

參考文獻：

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