岩溶隧道超前地质预报技术.pdf

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1、２０１６年第３期（总第１８０期）江西建材交通工程岩溶隧道超前地质预报技术■杨浩亮■山东铁正工程试验检测中心有限公司，山东济南２５００１４摘要：隧道岩溶问题是隧道施工过程中的突出问题。近年来，随着国家加大力组对会形成一个三维数组，每个界面／反射的地层位置可以由这些众多度支持中西部地区铁路、公路建设，隧道施工过程中时常遇到岩溶涌突椭球的交汇区域所确定。实际上，反射边界每一点离散图像的计算包水、突泥、顶板溶洞充填物陷落冒顶、地板塌陷等问题。岩溶地区超前预括由所有震源和地震信号传感器组所对应的三维岩体空间中选

2、定的区报问题，多年来一直是地球物理领域的一大难题，未能形成统一概念、理块。离散图像中各点值是由空间叠加所有地震波形计算得来，每个波论和方法。本文介绍一种新型探测技术“真正的反射层析成像”（Ｔｒｕｅ按比例地从震源经过三维岩体空间的区块到达地震信号传感器。ＲｅｆｌｅｃｔｉｏｎＴｏｍｏｇｒａｐｈｙ）—ＴＲＴ技术。关键词：岩溶超前地质预报ＴＲＴ技术１引言隧道岩溶问题是隧道施工过程中的突出问题。近年来，随着国家加大力度支持中西部地区铁路、公路建设，隧道施工过程中时常遇到岩溶涌突水、突泥、顶板溶洞充填物陷落冒顶、

3、地板塌陷等问题。西南地区修建的云桂、广大、宜万铁路等施工过程中遇到大量岩溶问题。合肥至芜湖高等级公路试刀山隧道溶洞内充满堆积物，塌落高度达４０ｍ以上，大量堆积物从拱部塌落下来堆满掌子面，形成大型塌体，掌子面被迫停止施工。夏蓉高速毕节至生机段狮子岩隧道施工过程中共出现大小溶洞１０余处，给施工过程带来相当大的难度。岩溶地区超前预报问题，多年来一直是地球物理领域的一大难题，未能形成统一概念、理论和方法。１９９５年钟世航等提出了地震反射负图１用地震波反射来获得地层地质状况三维图的原理视速度法、陆地声纳等方法，

4、配合地质雷达，取得了一定效果。该方法４实际应用及结果分析在预报断层破碎带有一定的效果，但对充水断层，岩溶分布和软弱带探本次ＴＲＴ超前地质预报探测掌子面里程ＹＫ７１＋３００，预报距离测仍存在许多的问题。本文介绍一种新型探测技术“真正的反射层析１２０ｍ，掌子面岩性为灰岩，岩体较完整，层厚４０ｃｍ，地下水不发育，掌子成像”（ＴｒｕｅＲｅｆｌｅｃｔｉｏｎＴｏｍｏｇｒａｐｈｙ）—ＴＲＴ技术。面较干燥。现场采集的测试数据，通过ＲｏｃｋＶｉｅｗ３Ｄ软件进行处理，获２工程概况得Ｐ波、Ｓ波的波速，滤波去噪处理，得到图２

5、狮子岩隧道左线ＴＲＴ地厦门至成都公路贵州境毕节至生机（黔川界）段起点（Ｋ１０＋０００）质预报三维层析成像成果图。结合地质勘察资料可以发现，隧道上方位于毕节市南的龙滩边附近，路线自南向北经二堡、跳蹬河、海子街、双红圈处存在大范围软体异常，可能为隐伏水构造。ＹＫ７１＋３１０－ＹＫ７１河、金银山、冷水河、母竹菁、马儿田、向北经百刀梁子、小山坪、林口、团＋３３０里程段有溶腔发育。结，于老林边跨法朗沟，路线继续前行，经乐戈、小箐沟、马大林至本项目设计终点大坪子，与四川境黔川界至纳溪高速公路顺接，终点桩号Ｋ８５＋

6、４７２０６５，路线全长７４２４６公里全线采用全封闭、控制出入的四车道高速公路建设标准，设计速度为８０ｋｍ／ｈ，整体式路基宽度２４５ｍ。狮子岩隧道为分离式隧道，左线起止里程ＺＫ７１＋２６２－ＺＫ７２＋３００，总长１０３８ｍ；右线起止里程ＹＫ７１＋２６２－ＹＫ７２＋３００，总长１０３８ｍ，属长隧道。隧道区属峰丛山地地貌区，地层岩性主要由第四系残坡积碎石土、角砾土、粘土及三叠系下统茅草铺组溶塌角砾岩、泥质白云岩、灰岩及白云岩等构成。隧道区岩溶发育，裂隙水发育，施工过程中极易发生塌方没，围岩稳定性差。３

7、ＴＲＴ工作原理图２狮子岩隧道左线ＴＲＴ地质预报三维成果图当地震波遇到声学阻抗差异（密度和波速的乘积）界面时，一部分５结论信号被反射回来，一部分信号透射进入前方介质。声学阻抗的变化通通过对ＴＲＴ的基本原理、数据采集和处理方法的研究，以及在毕常发生在地质岩层界面或岩体内不连续界面。正常入射到边界的反射生高速狮子岩隧道的实施，得出如下结论：系数计算公式如下：（１）ＴＲＴ采用三维空间全断面多点激发和接受方式，能够获得足ρ２Ｖ２－ρ１Ｖ１Ｒ＝ρＶ＋ρＶ够的波场和能量信息，相比ＴＳＰ提高了探测的空间精度，改变了不

8、规则２２１１假设Ｒ为反射系数，ρ为岩层的密度，Ｖ等于地震波在岩层中的传地质体的判定问题。克服了地质雷达法只能探测掌子面前方围岩地质播速度。地震波从一种低阻抗物质传播到一个高阻抗物质时，反射系不良体的局限性。数是正的；反之，反射系数是负的。因此，当地震波从软粗岩传播到硬（２）椭球体三维成像技术，极大的提高了岩体波速计算的准确性的白云石时，回波的偏转极性和波源是一致的。当岩体内部有破裂带以及不良地质体空间位置的精度。时，回波的极性会反转。反射体的尺寸越大，声