TGP206在廟子梁隧道地質超前預報中的應用

王正明，趙玉東

（1.中國中鐵港航局集團有限公司，廣東廣州510660；2.西南交通大學交通隧道工程教育部重點實驗室，四川成都610031）

TGP206在廟子梁隧道地質超前預報中的應用

王正明*1，趙玉東2

（1.中國中鐵港航局集團有限公司，廣東廣州510660；2.西南交通大學交通隧道工程教育部重點實驗室，四川成都610031）

介紹了TGP206超前地質預報系統的原理和使用方法，同時，結合廟子梁隧道，闡述了TGP206在隧道地質超前預報中的實用性和有效性。根據現場反饋的地質質料，TGP206超前隧道預報儀具有較好的準確性，能夠有效地指導工程施工。

TGP206；超前預報；廟子梁隧道

1 概述

隨著我國公路交通事業的發展，隧道工程的數量和長度明顯增加，隧道工程的規模不斷擴大，相應地質條件的復雜性和施工難度也不斷增加[1]。對比其他工程，隧道工程具有隱蔽性、復雜性和不確定性等突出特點，在勘測階段往往只能完成其中一部分，只能起到定性的或局部定量的評價，還有較大一部分地質工作，須伴隨著隧道施工進行[2]。基于隧道施工的特殊性，超前地質預報技術被提出及應用[3-4]。物探法作為超前預報手段的一種，是最為常見的一種預報方法，其中主要以地震波法為主。本文結合在廟子梁隧道中采用的TGP206預報儀，對隧道地質超前預報進行介紹。

2 工程概況

廟子梁隧道全長5690.147m，隧道進口里程為D4K462+014，出口里程D4K467+704，最大埋深約220m。地面高程624～932m，相對高差308m。隧區位于四川龍門山北東向褶皺帶之東翼與四川盆地邊緣弧形構造帶交界處，屬構造侵蝕、風化剝蝕中低山區地貌，山嶺成北東向展布。上覆第四系全新統坡洪積粉質黏土，坡殘積粉質粘土；下伏基巖為侏羅系中統沙溪廟組上段泥巖夾砂巖。單斜構造。隧道圍巖以軟質巖為主，右側巖體順層易坍塌。

3 TGP206原理和方法

地震波預報采用TGP206型隧道地質超前預報系統（TGP即Tunnel Geology Prediction的英文縮寫，以下簡稱TGP系統）。TGP系統是北京市水電物探研究所專門為隧道及地下工程施工超前地質預報研制開發的技術成果，已經經過國內著名隧道專家組評審，鑒定為具有國際先進技術水平[5]。

TGP隧道超前地質預報系統包括儀器主機、配件和處理軟件3部分。

3.1 預報原理

隧道地震波超前預報是利用地震波在巖體傳播過程中，在聲阻抗界面會產生地震反射波，利用儀器設備采集隧道巖體中地震波傳播的信息，通過相關處理系統進行數據處理，結合已有的地質資料綜合分析，實現對隧道前方地質條件的推斷，達到地質超前預報的目的。地震波震源一般采用小藥量炸藥在隧道邊墻的風鉆孔中爆炸產生，激發炮孔在洞壁一側沿直線布置，一般采用24個炮孔。炮孔布置如圖1所示。

圖1 炮孔布置圖

3.2 預報方法

對測線布置段和隧道掌子面巖體進行地質描述，并選擇巖體相對完整的地段布置接收孔位置。

記錄檢波器接收孔、激發起止的炮孔的隧道里程，對于不等間距的炮孔要測量炮孔間距，記錄隧道掌子面的里程；定向并耦合安置孔中三分量檢波器；逐炮孔安置帶有計時線的炸藥卷，藥量一般控制在60～120g；根據隧道巖體條件選擇儀器采集參數：一般軟巖條件采樣率選擇0.1ms，硬巖條件采樣率選擇0.05ms；通過選擇采樣點數的多少保證地震記錄的長度不小于300～400ms。以上有關數據填寫在TGP現場數據記錄表中。而后進行逐炮地震波數據的采集工作，測量中要求隧道內具有安靜的條件，有關的產生振動施工的項目需要暫時停止。現場工作示意圖如圖2所示。所有炮孔的數據采集完畢，在檢查采集數據合格后結束現場測量工作。

圖2 現場工作示意圖

4 TGP206在廟子梁隧道中的應用

4.1 掌子面地質情況

通過在現場的觀察發現：該掌子面圍巖為泥巖夾砂巖，節理裂隙發育一般，掌子面附近無明顯地下水發育特征，現場初步判定圍巖級別為Ⅲ級。

4.2 數據采集

本次預報，掌子面里程樁號為D4K463+830，左右對稱各布置一個接收孔，里程樁號為D4K463+769，激發孔布置在左側，起止里程樁號為D4K463+789～D4K463+823.5，共24個，間距為1.5m。采集時逐個進行激發，完成采集。

4.3 探測結果

圖3 掌子面圍巖

本次預報范圍為掌子面前方150m，即D4K463+ 830～D4K463+980。

將現場采集的資料傳輸至計算機，利用TGPwin軟件對其進行處理，得到同側原始波形圖（如圖4）、同側繞射偏移圖（如圖5所示）、同側反射截面圖（如圖6所示）和波速變化圖（如圖7所示）[6-7]。

圖4 同側原始波形圖

圖5 同側繞射偏移圖

根據隧道地勘資料與施工揭露的實際情況并結合本次預報得到的縱波比速度分布圖可將本次預報里程段分為3個主要圍巖變化分區段，結合各分段的圍巖變化情況分析說明如下：

圖6 同側反射截面圖

圖7 波速變化圖

（1）D4K463+830～D4K463+846圍巖段，長度為16m。圍巖較掌子面變化不大，圍巖巖性較好，節理發育一般，局部圍巖較為破碎，在+830～+840段圍巖較為破碎，施工時應提高警惕；地下水不發育。預報圍巖級別為Ⅲ級。

（2）D4K463+846～D4K463+916圍巖段，長度為70m。該區段圍巖變化較大，局部圍巖破碎，節理較發育，地下水不發育；預測圍巖等級為Ⅲ級，施工中應注意巖塊從洞頂和邊壁掉落。

（3）D4K463+916～D4K463+980圍巖段，長度為64m。圍巖完整性較好，地下水不發育，預報圍巖等級為Ⅲ級。

5 現場實際狀況對比分析

（1）D4K463+830～D4K463+850，泥巖夾砂巖，弱風化，巖體樣本呈褐黃色，局部裂隙較為發育，圍巖等級定為Ⅲ級。

（2）D4K463+850～D4K463+900，泥巖夾砂巖，強風化，巖體樣本呈褐黃色、青灰色，總體裂隙較為發育，圍巖等級定為Ⅳ級。

（3）D4K463+900～D4K463+980，泥巖夾砂巖，強—弱風化，巖體樣本呈褐黃色、青灰色，局部地下水較為發育，圍巖等級定為Ⅲ級-Ⅲ級差。

6 結語

廟子梁隧道以泥巖及砂巖為主，地質變化較為明顯，巖石總體較破碎、拱部偶見掉塊、局部小塌及圍巖滴水等現象。隧道施工中，將TGP206超前預報儀作為主要地質預報手段，很好地預報了其地質變化情況。結合工程目前具體情況分析，預報結果基本能夠滿足實際施工需要。

[1]HE Chuan，WANG Bo.Research Progress and Development Trends of Highway Tunnels in China[J].Journal of Modern Transportation，2013,21(4):209-223.

[2]吳正生.綜合地質超前地質預報方法在隧道工程中的應用[J].工程與建設,2011,25(6):764-767.

[3]宋先海,顧漢明,肖柏勛.我國隧道地質超前預報技術述評[J].地球物理學進展,2006,21(2):605-613.

[4]張慶松,李術才,孫克國,等.公路隧道超前地質預報應用現狀與技術分析[J].地下空間與工程學報,2008,4(4):766-771.

[5]劉云禎.TGP隧道地震波預報系統與技術[J].物探與化探, 2009，33(2)：170-177.

[6]王曉川，盧義玉，夏彬偉，等.超前地質預報在大相嶺隧道施工中的應用[J].重慶大學學報,2009（10）.

[7]邱興友,郭新新,胥杰.TGP隧道地質超前預報儀在斷層破碎帶探測中的應用[J].工程與建設,2012,26(6):721-723.

U455.39

B

1004-5716(2015)06-0193-03

2014-06-23

2014-07-03

王正明（1974-），男（漢族），安徽寧國人，工程師，現從事鐵路、公路及港航方面的技術管理工作。