TSP超前地质预报方法在隧道工程中的应用

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1、公路隧道2011年第2期(总第74期)TSP超前地质预报方法在隧道工程中的应用郭彦刚白运郝霁昊(成都理工大学地球物理学院成都610059)摘要在隧道施工期地质超前预报中采用综合的预报方法对隧道开挖工作面前方地质条件(情况)进行及时准确的预报，TSP超前地质预报是目前应用最为广泛的长距离预报手段。本文主要从原理、数据采集和数据处理等方面进行了介绍，并结合工程实例分析说明其应用效果。关键词隧道施工超前地质预报TSP由于在隧道勘测设计阶段的地质工作量投入所该系统采用多波多分量高分辨率地震反射波限，勘察精度不够，使设计与实际不符的

2、情况时有发法。地震波在设计的震源点用小量炸药激发产生。生，需要对复杂的地质情况作微观和定量的把握，另当地震波遇到岩石波阻抗差异界面(如断层、破碎带外人为作用(施工开挖)引起地质变化只有在施工期和岩性变化等)时，有一部分地震信号反射回来(图才能显现出来，所以在隧道施工期综合采用各种技1)，反射的地震信号将被高灵敏度的三分量加速度术、手段和方法对隧道开挖工作面前方地质条件(情地震传感器(检波器)接收并记录下来。由于接收的况)进行及时准确的预测，是提前采取预防措施、避地震波受到了掌子面前方围岩介质的改造，就带有免灾害的发生或在一

3、定程度上减少因灾害造成的损与围岩构造、岩性等有关的信息：如反射波的传播速失、保证隧道施工安全的需要，是满足环境生态保护度、延迟时问、波形、强度和方向等。从地震记录中和安全生产的要求，也是质量控制管理中不可缺少提取这些信息，就有可能推断解释掌子面前方地质的一环。TSP方法目前广泛应用于隧道施工期地构造形态及围岩的力学物理参数。质超前预报中，该方法基于地震波在岩石介质中的TSP超前预报系统分数据采集系统和处理系传播特性，采用在隧道围岩以排列方式激发地震波统两部分。TSP采集系统由记录仪、接收仪和启爆的形式，在传播过程中遇到波阻

4、抗面产生反射现象，装置等组成，通常要求采用两个接收仪，接收仪孔和通过信号采集系统接收反射信号，判断隧道掌子面爆破孔分别布置在掌子面附近两面的边墙上，一般前方反射层(断层、软弱夹层等)距隧道掌子面的距小于等于24个炮点。接收仪是用来接收地震信号离来进行隧道施工期地质超前预报。TSP法具有的仪器，安装在一个被水泥或两节环氧树脂夹固定适用范围广、超前预报距离较长、对隧道施工干扰在岩层上的管套里面。启爆装置是由一个常规的带小、探测时间短，一次完整的探测仅需45min、提交有发射回路的外部触发盒的爆破器组成。为确保采资料及时、经济等

5、优点，适用于划分地层界线、查找集到的信号质量，提高预报效果，首先应确保有效炮地质构造、探测不良地质体的厚度和范围。孔的数量，严格按照TSP预报的几何参数对每个炮孔的深度、倾斜角度、炮孔间距与距地高度、距参考1TSP隧道超前地质预报系统原理点距离等进行误差校正；其次为确保地震波信号的及方法效果，应选取规定的引爆雷管及炸药等。套管的埋TSP(TunnelSeismicPrediction)是瑞士安伯设应力求与周围的介质紧密接触并且锚固剂的波阻格测量公司于20世纪9O年代初期研制开发的一套抗应和岩石介质的波阻抗尽可能相近，为防止

6、钻孑L超前预报系统设备。是专门为隧道超前地质预报所底部出现未灌实的现象，锚固时应设排气管。设计，它能长距离预报隧道施工前方的地质变化：如采集的数据采用TSPwin专用软件进行处理，断层破碎带、软弱岩层及其他不良地质地段，其准确基本处理流程包括11个主要步骤，即：数据设置、带预报范围为掌子面前方100—150m，在坚硬岩层甚通滤波、初至拾取、拾取处理、炮能量均衡、Q估计、至可达200m。能够为隧道施工方提供可靠的地质反射波提取、纵横波分离、速度分析、深度偏移、提取资料，指导隧道安全施工。反射层。TSP不是采用走时曲线分析方法

7、，而是采·3O·郭彦刚，等TSP超前地质预报方法在隧道工程中的应用为坡残积层覆盖。根据设计资料，隧道区出露地层为新生界第四系全新统坡残积层、坡洪积层、瑶山群第一段等。隧道区位于深大断裂北侧的由一系列北西～南东向褶皱、断裂构成的新现～河口帚状构造中，处于龙古口～坝洒断裂与泥嘎～洞坪断裂间。场地测得岩石片理产状为64。～68。61。～64。，发育三组优势节理，各组节理隙面较平整，闭合～微张，在裂隙切割下，岩体以块碎状为主。隧址区地震基本烈度图1TSP探测原理图为VI度。用深度偏移成像的方法。在偏移成像之前进行二维隧址区地下水类

8、型主要有松散堆积层孑L隙潜水Radon变换，利用视速度的差异，消除隧道走向近乎和基岩裂隙水两种。松散堆积层孔隙潜水主要赋存平行的反射界面，该方法对纵、横波P、SV、SH分别于坡残积层和坡洪积层中，接受降水的补给，顺地形进行处理。向坡下谷底及下卧岩层排泄，因地层透水性差，厚度处理的最终成果包括P波、SH波