tsp203+超前地质预报技术在青岛胶州湾隧道施工中应用

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1、TSP203+超前地质预报技术在青岛胶州湾隧道施工中应用　　【摘要】：胶州湾海底隧道工程地质情况特殊、水文条件复杂，隧道共穿越18条断层破碎带，海底段的施工风险高，处理难度大,对地质预报的精度要求高。本隧道海域段全程采用了TSP203+进行超前地质预报，通过结果分析与开挖对比验证表明，TSP203+能够较准确的预报断层破碎带、岩体破碎（裂）带、岩体侵入挤压接触带、完整围岩段等，可以定量的对岩体基本质量级别进行划分，对指导隧道顺利安全施工起到了基础性的作用。【关键词】：胶州湾海底隧道工程TSP203+超前地质预报开挖对比验证中图分类号：TU74文献标识码：A文章编号：1工程概况10青岛胶州湾隧道

2、工程是世界长度第三，我国长度第一，在建的第二座大断面海底隧道，是一项规模宏大的跨海工程，是连接青岛主城与辅城的重要通道，南接薛家岛，北连团岛，下穿胶州湾湾口海域，是一条以城市道路功能为主兼有公路功能的隧道，为双向双洞六车道，设计车速80km/h，隧道总长约7.8km，其中跨越海域段约4.05km，隧道采用三孔隧道形式穿越海域，两侧为主隧道，中间一孔为服务隧道。隧道沿线设通风竖井两道，车行横洞8处，人行横洞16处，以及各项运营管理设施，并预留市政管线敷设通道。海域段最大海水深度约42m，海床覆盖层厚度在25.4m～35.1m之间。隧道围岩Ⅱ～Ⅴ级，共穿越断层破碎带18条，最大开挖断面170㎡，采

3、用钻爆法施工。2主要地质特点胶州湾海底隧道工程地质条件特殊、水文地质条件复杂多变，弱风化岩面起伏大、场区内构造发育，隧道洞身通过断层(裂)18条，个别断层(裂)的性质、产状无法完全查明，在隧道中可能出露的位置仅是推断，其性质以压扭性和张性断裂为主，断裂带内岩体多呈碎裂～镶嵌碎裂结构，裂隙多为微张型且发育，破碎带、影响带岩体受其影响微张型裂隙发育；受构造影响，场区内破碎岩体发育，发育有破碎岩和碎裂岩，破碎岩节理裂隙发育，碎裂岩强度低，呈带状产出，Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级围岩变化频繁，在隧道内具体出露位置难以确定，为海域透水性较好的地段隐伏了发生突涌的水文地质条件；隧道位于半无限含水层中，基岩裂隙水直接接

4、受海水的定水头入渗补给，易引起塌方和涌水突泥等突发性地质灾害，严重危及施工安全，为隧道施工留下了巨大的风险。10由于受现有勘察技术的限制，在开挖前不可能完全探明各级围岩的分布位置及其渗透性，因此给海底隧道施工带来了巨大的风险，而对此类风险的规避，对海域段施工难点、重点的掌控，对前期地勘资料补充的主要手段是超前地质预报。尤其是进入海域段施工后，超前地质预报工作将成为整个施工的龙头，是各种风险防范措施、安全措施、施工措施的基础与依据，直接关系到总工期目标能否安全如期实现，是胶州湾隧道建设成败的基础。3TSP203+的工作原理与工作方法3.1工作原理TSP203+地质超前预报系统是利用地震波的反射原

5、理进行地质预报。预报时，通过爆破产生的地震波，地震波在隧道中的岩体内传播，当遇到地震界面时，如断层、破碎带、溶洞、大的节理面等，一部分地震波就被发射回来，反射波经过一短暂时间到达传感器后被收并被记录主机记录下来，然后经专门的TSPwin物探分析软件进行分析处理，如发射与发射之间的时间差、相位差、反射信号弱、纵波与横波的比率等，并结合区域地质资料、跟踪观测地质资料就可以确定隧道前方及周围区域地质构造的位置和特性。可以检测出掌子面前方岩性的变化，如:不规则体、不连续面、断层和破碎带。作为一种长距离的预报方法，可以在钻爆开挖方式的隧道中使用，而且不必接近掌子面，预报距离可达掌子面前方100～200m

6、甚至更远。3.2工作方法1024个炮孔布置在隧道的一侧边墙，在隧道两侧壁钻制两传感器孔（Ф43mm）,把环氧树脂放置其中，之后将套管推进，并使之与围岩紧密耦合。传感器置入套管中，依次激发各炮，从掌子面前方任一波阻抗差异界面反射回来的信号及直达波信号将被高灵敏的三轴传感器接受下来。工作时在隧道中进行数据采集的时间约为60分钟。4TSP203+预报结果的判释方法4.1判释方法4.1.1TSP203+预报结果的力学参数TSPwin软件可以记录压缩波（P波）和剪切波（S波）的全部波场，并能计算出预报区域内的岩石力学参数；如波速、泊松比、弹性模量等，结合数据处理后可生成二维结果图和反映与量测距有对应关系

7、的纵波波速、泊松比、弹性模量岩石参数曲线（方波）图。表1岩体物理力学参数表在岩石基本质量分级划分的有关规范中，泊松比、弹性模量、纵波波速是基本的定量力学参数。泊松比为横向应变与竖向应变之比，该数值的大小反映着岩石软硬程度，其数值越大岩石越软;弹性模量为应力与应变之比，反映着岩石变形的大小，其值越大变形越小;纵波波速反映着岩石的硬度与完整性，其值越大岩石越坚硬和岩石越完整，见岩体物理力学参数表。10