深埋特长隧道含水带的地震波探测及其工程应用

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1、深埋特长隧道含水带的地震波探测及其工程应用摘要：我国西部山区分布较广，地质条件复杂，高速公路的修建难免需要穿越山脉，隧道建设成了西部高速运输网不可或缺的一部分，但地下施工环境恶劣、灾害不可预见。地质灾害常常会给地下工程带来巨大的人员和财产损失，例如突水涌泥、塌方、岩爆等。由于地下岩性与结构难以勘明，而地下水的作用往往是发生灾害的最大因素，所以在施工过程中对水的探测和预判是规避大型地质灾害的有利途径。本文简要概述地震波探测的施作原理，并对红岩寺隧道含水带进行探测和工程应用，以期为隧道正确施工带来参考价值。关键词：含

2、水带；超前地质预报；TSP；工程应用中图分类号：U45文献标识码：A1引言我国西部丘陵与山岭地区分布较广，地质与水文条件复杂，为了推动西部大开发的不断开展，山区高速公路的修建提高了交通运输的效率，增进了异域文化和经济的交流，为了缩短路程和减少运输时间，山岭隧道建设在所难免。地质灾害一直是现代隧道及地下工程修建的难题，不可预知的突水突泥、塌方、岩爆、瓦斯都是能给施工带来极大的器械损坏、人员伤亡和生态破坏。由于西部山区地质条件极其复杂，岩溶发育，致灾构造难以预测，特别是深埋特长隧道，还潜伏着高地应力、岩溶水丰富、岩性

3、复杂等情况，对于目前的勘察、设计、施工、监测的水平，隧道实际施工过程中还是无法完全避免地质灾害的威胁。二十一世纪以来，我国隧道建设中发生过大型的突水突泥事故，诸如渝怀铁路圆梁山隧道发生特大突水，造成9人死亡，宜万铁路马鹿簣隧道和野山关隧道发生多次突水事故，分别造成11人和10人死亡。地下水的发源、流径、水压、补给等因素在实际勘测和施工过程中难以详察的，而其对岩体的侵蚀、浸泡、冲刷等作用，给施工带来了更大的未知破坏力。因此，在施工过程中配合科学先进的隧道超前地质预报技术，在很大程度上有利于灾害规避，不同的地质情况和

4、施工特点，采用不同的预报系统，可以预测、预报隧道掌子面前方的地质构造，准确预知隧道掘进前方的岩性特点、不良地质体的发育情况，特别是溶洞、断层、破碎带和含水情况，从而减少隧道施工的盲目性。为了保证隧道的正常工期，尽量减少经济损失，超前地质预报成了隧道及地下工程中不可或缺的一部分，近年来被广泛用于隧道地质预报工作［「3］。目前常用的超前地质预报方法依据预报的距离可分为长距离超前地质预报和短距离超前地质预报两类。长距离超前地质预报方法主要有TSP隧道地震波预报技术、长距离超前水平钻孔等，短距离超前地质预报方法主要有掌子

5、面地质素描、地质雷达、红外探测等。针对超前地质预报手段的特异性和适用性，本文着重介绍TSP隧道地震波预报技术在红岩寺隧道含水带预报中的应用情况，为TSP超前地质预报在隧道修建中的应用提供可参考的经验价值。2隧道地震波预报（TSP）功能概述2.1探测原理TSP隧道地震波预报技术对隧道的不良地质构造的预测具有宏观的反射效应，特别针对破碎带、含水体、溶腔，具有明显的反应效果［4~6］。像所有振动测量方法一样，TSP测量方法也需要振动发射源和接受装置。TSP测量系统是通过在掘进面后方一定距离内的钻孔内施以微型爆破来发射声

6、波信号的，爆破引发的地震波在岩体中以球面的形式向四周传播，其中一部分向隧道前方传播，当波在隧道前方遇到异面时，将有一部分波从界面处反射回来，界面两侧岩石的强度差别越大，反射回来的信号也越强。放射信号经过一段时间后到达接受传感器，被转换成电信号并进行放大。从起爆到反射信号被传感器接收的这段时间是与反射面的距离成比例的，通过反射的时间与地震波传播速度的换算就可以将反射界面的位置、与隧道轴线的交角以及与隧道掘进面的距离确定下来；同样使用TSP也可以将隧道上方或下方存在的岩性变化带的位置方便地探测出来。2.2测线测点布置

7、要求TSP-203超前地质预报是利用振动波的反射来进行探测的。振动波由在特定位置人为制造的小型爆破产生，一般是沿隧道一侧洞壁布置24个爆破点，爆破点平行于隧道底面呈直线排列，孔距1.5m,孔深1.5m,炮孔垂直于边墙向下倾斜15〜200,以利于灌水堵孔。距最后的爆破点15〜20m处设接收器点（在一侧或双侧），接收器安装孔的孔深2m,内置接收传感器。图1为观测系统与隧道关系平面示意图。图1观测系统与隧道关系平面示意图2.3探测方法与数据分析在测量过程中，逐次引爆爆破点的炸药（约25-150g,根据围岩不同适时调整）

8、，制造出小型地震波，地震波遇到节理面、地层层面、破碎带界面和溶洞、暗河等不良地质界面时，将产生反射波，反射波的强度及传送时间反映了相关界面的性质、产状、据接受点的距离。接受传感器将接受到的反射波数据传输给记录仪电脑储存起来，利用处理软件对储存的数据进行处理，形成反映隧道相关界面的隧道影像点图，由分析人员进行解释，得到前方的地质情况。采集的TSP数据，通过TSPwin软件进