TSP地質(zhì)超前預(yù)報在楊房溝水電站上壩交通洞中的應(yīng)用

李　饒，　崔 偉 杰，　羅 詩 怡

(1.雅礱江流域水電開發(fā)有限公司，四川 成都　610051；2.四川大學(xué)水利水電學(xué)院，四川 成都　610065)

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TSP地質(zhì)超前預(yù)報在楊房溝水電站上壩交通洞中的應(yīng)用

李饒1，崔 偉 杰1，羅 詩 怡2

(1.雅礱江流域水電開發(fā)有限公司，四川 成都610051；2.四川大學(xué)水利水電學(xué)院，四川 成都610065)

摘要：TSP地質(zhì)超前預(yù)報是水電工程中探明隧洞掌子面前未知地質(zhì)條件的重要輔助手段，它在施工過程中為隧道支護參數(shù)的調(diào)整、隧洞洞線的設(shè)計優(yōu)化提供了強有力理論依據(jù)，同時有效的降低了隧洞開挖過程中安全事故的發(fā)生，提供工程施工進度，降低施工成本，值得推廣。

關(guān)鍵詞：楊房溝水電站；TSP基本原理；工程中的運用；結(jié)果分析

0引言

隨著我國水電建設(shè)的不斷發(fā)展，水電開發(fā)越來越深入山區(qū)。尤其是川西地區(qū)，崇山峻嶺，地質(zhì)條件復(fù)雜多變，在水電站隧洞、地下廠房等地下工程開挖過程中經(jīng)常會遇到巖溶、暗河、軟弱夾層等不良地質(zhì)體情況，從而導(dǎo)致發(fā)生涌水、垮塌等事故。因此，在水電站地下工程的開挖過程中，為了減少施工過程可能發(fā)生的安全事故，提高施工效率，常常需要對掌子面前方一定范圍的地質(zhì)狀況進行預(yù)報[1]。常見的地質(zhì)預(yù)報方法有鉆探、地質(zhì)雷達探測、水平鉆探和反射地震波法。其中最具代表性，也被現(xiàn)在工程普遍使用的就是反射地震波法。TSP 是反射地震波法的一種，它具有預(yù)測距離遠、準確性高、施工干擾小等突出優(yōu)點。本文主要介紹了TSP地質(zhì)超前預(yù)報技術(shù)在楊房溝水電站上壩交通洞中的運用情況。

1TSP的基本原理

TSP是一種利用回波測量原理為隧道或地下工程超前地質(zhì)預(yù)報而專門設(shè)計的反射地震技術(shù)。地震波有在不均勻地質(zhì)體中會產(chǎn)生反射波的特性，因此，可利用這種特性來快速有效地提供在開挖周圍及前方的三維空間的工程地質(zhì)預(yù)報，是目前超前地質(zhì)預(yù)報的重要手段。

測量時，在震源處用小量炸藥激發(fā)地震波信號的產(chǎn)生，產(chǎn)生的地震波信號隨即在巖石中以球面波形式傳播。當?shù)卣鸩ㄓ龅綆r石物性界面(即波阻抗差異界面, 例如斷層、巖石破碎帶和巖性

變化等)時, 一部分地震信號反射回來,一部分地震信號透射進入前方介質(zhì)，反射的地震信號將被高度敏感的地震檢波器接收，反射信號的傳播時間和反射界面的距離成正比[2]。然后將試驗采集的資料傳輸?shù)诫娔X中，通過TSPwin 軟件對其處理,得到P 波、SH波、SV 波的時間剖面、深度偏移剖面、提取的反射層、巖石物理力學(xué)參數(shù)、各反射層能量大小等成果,以及反射層在探測范圍內(nèi)的二維或三維的空間分布[3]。

2TSP在工程中的運用

2.1工程概況及項目背景

2.2TSP預(yù)報觀測系統(tǒng)的布置

圖1　JK0+765 掌子面TSP預(yù)報觀測系統(tǒng)布置圖

預(yù)報采用TSP200，對右岸上壩交通洞JK0+765掌子面前方地質(zhì)情況進行了超前探測預(yù)報。在隧洞JK0+688上下游測分別處布置一個預(yù)報接收孔，接收孔距離掌子面77 m，在隧洞下游側(cè)JK0+706～742范圍內(nèi)的同一水平高度上布置了24個激發(fā)孔，具體預(yù)報觀測系統(tǒng)布置圖見圖1。 2.3TSP數(shù)據(jù)處理與結(jié)果分析

利用儀器TSP200完成數(shù)據(jù)采集，通過Twin2.1處理軟件對數(shù)據(jù)進行處理，數(shù)據(jù)處理主要步驟包括：參數(shù)設(shè)置→頻譜分析→帶通濾波→初至拾取→炮能量均衡→增益恢復(fù)→反射波提取。在成果解釋中, 對巖層的區(qū)分主要以P波剖面資料為主，并遵循地質(zhì)解釋準則：(1)正反射波振幅表明硬巖層，負反射波振幅表明軟巖層。(2)Vp/Vs增加或δ突然增大，一般由于流體的存在而引起。③若Vp下降則表明裂隙或孔隙度增加。根據(jù)TSP的探測結(jié)果, 在掌子面前方150 m 范圍內(nèi)圍巖縱波波速為5 000～5 720 m/s , 巖石密 度 為2.79～2.95 g /cm3, 泊 松 比 為 0.09～0.26, 彈性靜態(tài)楊氏模量為57～64 GPa。具體的探測結(jié)果如圖2～4 所示。通過對結(jié)果分析，在預(yù)測段內(nèi)的圍巖大致可分為3段：

圖2　TSP超前預(yù)報二維成果圖

圖3　TSP 隧道超前預(yù)報深度偏移圖

圖4　TSP 隧道超前預(yù)報反射面提取圖

(1)JK0+765～802段：該段P波波速穩(wěn)定，維持在5 600 m/s左右，表明該洞段與掌子面開挖段的圍巖相同，圍巖以完整為主,巖體裂隙不發(fā)育，圍巖穩(wěn)定性好；洞段地下水不發(fā)育；圍巖類別為Ⅱ類。

(2)在JK0+802～884段：該段P波波速整體穩(wěn)定，但局部出現(xiàn)波動，表明該洞段圍巖較好，大多屬于較完整，局部少量裂隙發(fā)育，圍巖穩(wěn)定性較好；洞段地下水不發(fā)育。圍巖類別為Ⅱ～Ⅲ類。

(3)在JK0+884～930段：該段P波波速下降，波速穩(wěn)定性差，表明該洞段圍巖相對較差，根據(jù)波速下降分析，推測JK0+884 處進入花崗巖與變質(zhì)砂巖接觸帶，巖體局部完整性差,圍巖穩(wěn)定性差；洞段地下水不發(fā)育。圍巖類別為Ⅲ類，局部Ⅳ類。

3結(jié)論

根據(jù)結(jié)果推測可知，JK0+884附近進入花崗巖與變質(zhì)砂巖接觸帶，為避免在變質(zhì)砂巖中掘進，應(yīng)對上壩交通洞洞線進行優(yōu)化，從而節(jié)約工期，減

小施工難度。最終在楊房溝水電站上壩交通洞施工過程中，采納了TSP地質(zhì)超前預(yù)報給出的建議，對隧洞拐彎位置進行了優(yōu)化調(diào)整，最終避開變質(zhì)砂巖段，成功地縮短了工期，減少了工程投資。

TSP地質(zhì)超前預(yù)報是水電工程中探明隧洞掌子面前未知地質(zhì)條件的重要輔助手段，它在施工過程中為隧道支護參數(shù)的調(diào)整、隧洞洞線的設(shè)計優(yōu)化提供了強有力理論依據(jù)，同時有效的降低了隧洞開挖過程中安全事故的發(fā)生，提供工程施工進度，降低施工成本，值得推廣。

參考文獻：

[1]趙勇, 肖書安, 等.TSP 超前地質(zhì)預(yù)報系統(tǒng)在隧道工程中的應(yīng)用[J] .鐵道建筑技術(shù), 2003(5).

[2]孫維清, 胡新兆 , 蔡成國. 地質(zhì)超前預(yù)報在魯竹壩隧道勘查中的應(yīng)用[J].西部探礦工程，2008(2)：142-145.

[3]溫樹林 ,吳世林. TSP 203 在云南元磨高速公路隧道超前地質(zhì)預(yù)報中的應(yīng)用[J]. 地球物理學(xué)進展，2003，18(3)：465-471.

[4]張勇, 張子新, 華安增.TSP 超前地質(zhì)預(yù)報在公路隧道中的應(yīng)用[J] .東北公路, 2001, 24(2):77-79.

(責任編輯：卓政昌)

電力論壇

李饒(1988-)，男，四川資陽人，畢業(yè)于四川大學(xué)水工結(jié)構(gòu)工程專業(yè)，助理工程師，現(xiàn)于雅礱江流域水電開發(fā)有限公司從事工程管理；

崔偉杰(1988-)，男，河北石家莊人，畢業(yè)于河海大學(xué)水工結(jié)構(gòu)工程專業(yè)，助理工程師，現(xiàn)于雅礱江流域水電開發(fā)有限公司從事工程管理；

羅詩怡(1992-)，男，重慶合川人，四川大學(xué)建設(shè)項目工程管理專業(yè)(在讀).

作者簡介:

文章編號:1001-2184(2016)02-0112-03

文獻標識碼:B

中圖分類號:TV7；P641.72；S763.305

收稿日期:2016-03-17