TSP隧道地質(zhì)超前探測中反射波主頻的探討

周柏林

(中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司, 湖北武漢 430063)

近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展,鐵路、公路和水利工程建設(shè)中的隧道工程越來越多。由于隧道洞身地質(zhì)的復(fù)雜性、隧道地質(zhì)勘察工作的艱巨性,地面勘察難以準(zhǔn)確查明隧道洞身的具體地質(zhì)情況,存在隧道施工發(fā)生坍塌、涌水突泥等危害。因此，隧道地質(zhì)超前探測工作成為了隧道施工中的重要一環(huán)。針對隧道施工狹窄的場地條件和施工機(jī)械振動(dòng)干擾的超前探測工作環(huán)境,提高TSP隧道地質(zhì)超前探測法外業(yè)采集數(shù)據(jù)的可靠性,這是需要解決的問題。下面結(jié)合被稱為巖溶發(fā)育、地下水豐富、暗河系統(tǒng)發(fā)育、突水突泥的風(fēng)險(xiǎn)程度和工程處理難度為國內(nèi)外罕見的宜萬鐵路復(fù)雜巖溶隧道工程地質(zhì)超前探測實(shí)例,對TSP地質(zhì)超前探測外業(yè)采集的反射波主頻與隧道圍巖級別、隧道地質(zhì)超前探測效果進(jìn)行試驗(yàn)研究和探討。

1 TSP超前探測法簡介

TSP203超前探測采用彈性波反射原理,通過對檢波器接收的彈性波反射信號進(jìn)行處理分析,推斷工作面前方斷層破碎帶等不良地質(zhì)體的位置、規(guī)模、巖石力學(xué)參數(shù)。TSP203超前探測工作原理見圖1。

圖1 TSP203超前探測工作示意

2 TSP超前探測反射波主頻(頻譜)研究

在隧道進(jìn)行彈性波超前探測,如TSP203超前探測,有多次反射波、施工機(jī)械的彈性波等相互干涉,再加之隧道的特珠場地環(huán)境的影響,有必要對TSP超前探測采集數(shù)據(jù)質(zhì)量影響因素進(jìn)行研究。

在對采集數(shù)據(jù)進(jìn)行處理中,發(fā)現(xiàn)在框取反射波主頻時(shí),主頻范圍與圍巖級別及探測效果存在一定的聯(lián)系,因此對宜萬鐵路齊岳山隧道、馬鹿箐隧道等復(fù)雜巖溶隧道的不同圍巖級別進(jìn)行TSP203超前探測數(shù)據(jù)采集、處理后，與施工資料進(jìn)行綜合對比分析，以及TSP203超前探測的反射波頻譜范圍與圍巖級別的對比分析。

2.1 反射波主頻形態(tài)

TSP203超前探測效果較好的(正確),TSP203反射波頻譜分析圖中反射波主頻應(yīng)為單峰明顯(如圖2),否則為干擾較大,TSP203超前探測效果較差(如圖3)。

圖2 正確的TSP203反射波頻譜分析

圖3 干擾較大的TSP203反射波頻譜分析

2.2 反射波主頻與圍巖級別的關(guān)系

對宜萬鐵路齊岳山隧道、馬鹿箐隧道、云霧山隧道等復(fù)雜巖溶隧道工作面為二級圍巖、三級圍巖、四～五級圍巖的前方不良地質(zhì)體(溶腔、斷層、巖溶管道)分別進(jìn)行了24次、23次和17次的超前探測,根據(jù)探測資料作二級圍巖、三級圍巖、四～五級圍巖的TSP203超前探測反射波主頻范圍頻次如圖4～圖6。

圖4 Ⅱ級圍巖反射波主頻范圍頻次關(guān)系

圖5 Ⅲ級圍巖反射波主頻范圍頻次關(guān)系

圖6 Ⅳ～Ⅴ級圍巖反射波主頻范圍頻次關(guān)系

圖4～圖6中,實(shí)線表示TSP超前探測基本正確或正確的反射波主頻范圍的頻次,虛線表示TSP超前探測大部分不正確或探測不準(zhǔn)的反射波主頻范圍的頻次。從圖中看出,合格的反射波主頻范圍：二級圍巖50～3 000 Hz,三級圍巖50～2 000 Hz,四～五級圍巖50～1 200 Hz。超過此范圍說明反射波干擾較大,探測效果較差。

3 研究結(jié)果

對TSP地質(zhì)超前探測外業(yè)采集的反射波主頻與隧道地質(zhì)超前探測效果進(jìn)行試驗(yàn)研究的結(jié)果：

(1)得到了隧道TSP地質(zhì)超前探測反射波正確的主頻圖和干擾較大(不合格) 主頻圖。

(2)得到了隧道Ⅱ級、Ⅲ級、Ⅳ～Ⅴ級圍巖級別的合格(干擾較小)TSP地質(zhì)超前探測反射波主頻范圍。

(3)從外業(yè)采集的反射波形態(tài)、主頻范圍可對TSP隧道地質(zhì)超前探測外業(yè)采集數(shù)據(jù)質(zhì)量進(jìn)行判別。

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