TSP303系統在隧道超前地質預報中的應用

■李海

（廊坊市中鐵物探勘察有限公司　河北　廊坊　065000）

TSP303系統在隧道超前地質預報中的應用

■李海

（廊坊市中鐵物探勘察有限公司河北廊坊065000）

TSP303系統是基于TSP202和TSP203的經驗和特性，更為先進、準確的一種探測系統。TSP303系統不受臺階式開挖施工條件的限制和影響，系統軟件可以根據隧道施工實際情況建立不同斷面的隧道模型，使數據在處理過程中的計算精度及預報的準確度得到有效提高。

TSP303隧道超前地質預報系統導線斷開模式準確度D隧道模型

1　引言

隧道斷面的面積及高差對TSP系統的數據采集和結果分析有很大的影響，在施工現場常常采用臺階式開挖，分上、中、下三臺階式開挖方式，上臺階長度達不到布孔的長度，炮孔和接受孔只能布置上臺階和中臺階或者下臺階的邊墻位置。以往的預報系統默認隧道斷面是一個不變的截面，這樣在后期的數據處理和分析結果都有一定的誤差。為了有效的解決這些問題，TSP303Plush超前預報預報系統建立3D隧道模型并確定整個探測范圍內3D空間的巖石力學參數，如彈性模量和泊松比，這樣大大提高了計算的精度和預報結果的準確度。

2　工程實例

2.1南門口隧道工程概況

擬建南門口隧道進口位于福建省龍巖市新羅區西陂鎮聯村，出口位于龍巖市新羅區龍門鎮湖一村，起迄里程為：DK231+898～DK242+202,全長10304m，隧道洞身最大埋深390m。

掌子面圍巖為石英砂巖夾煤線，節理發育,巖體較破碎,巖質較軟；地下水主要為基巖裂隙水，不發育。掌子面里程為DK238+220。由于現場條件限制，炮孔及接受孔布置在上臺階和中臺階。TSP303Plush超前預報預報系統處理后的3D隧道模型如圖1。

圖1　隧道3D模型圖

3　TSP303工作原理

隧道地震波法超前預報原理是利用地震反射波和繞射波原理，對隧道掌子面前方的地質條件進行探測。由震源產生的地震波向隧道前方傳播的過程中，遇到巖體中相對大的聲阻抗界面會產生反射波，遇到相對小的聲阻抗界面會產生繞射波，統稱為地震回波。利用設備采集隧道圍巖中界面的地震回波，通過專業處理系統提取回波的界面位置、空間分布、回波極性和回波能量等信，并結合隧道地質勘察資料綜合分析，實現隧道地質超前預報目的。現場需要采用三分量檢波器實現空間地震回波的矢量檢測和縱橫波采集，保處理系統利用多波多分量進行全波震相分析和極化波計算，獲得2維和3維空間的偏移歸位圖、斷面掃描圖，獲得界面回波位置和界面空間分布，以及界面間巖體性質等預報資料。

4　現場數據采集過程

進入采集模式，由于現場沒有瞬發電雷管，只有延時毫秒雷管，所以采集模式采用導線斷開模式。炸藥激震的同步信號采取開路觸發方式，即爆炸的同時觸發儀器采集，保證地震波信號的時間精度；使用乳化炸藥，藥量控制在100克至150克，有利于產生高頻地震波信號。儀器設置選擇的采樣頻率為48khz，記錄長度為500ms本次在隧道左側邊墻的同一水平線上從里向外布置24個炮孔和一個傳感器接收孔，右左側邊墻布置一個傳感器接收孔，炮孔向下傾斜，傾角約10°～15°，以方便注水。預報時掌子面位于DK238+220里程處，在DK238+268里程處布置傳感器接收孔，接收孔距掌子面50m，1號接收孔深度2.0m，5號接收孔深度1.96m，1號、5號接收孔高度均為2.0m，接收孔垂直于隧道左右壁。炮孔平均間距約1.2m，1～24號炮孔高度2.0m，第一個炮孔距接收孔15.0m。

5　數據處理與分析

本次采集數據共激發24炮，實際有24炮數據參與數據計算。數據經過處理后得到2D成果圖及巖石力學參數曲線圖，分析結果：

DK238+220～DK238+203段圍巖情況：該段有多組反射界面，圍巖縱波速度Vp在3470m/s左右；強風化，巖性為較軟巖（相對于掌子面）。推斷：該段范圍內圍巖節理較發育，巖體較破碎，穩定性較差，易失穩掉塊，局部易塌方。地下水情況：該段泊松比δ為0.18并保持不變。推斷：該段范圍內地下水不發育，含飽和基巖裂隙水，呈局部滲滴水、滲水。DK238+181～DK238+126段圍巖情況：該段有多組反射界面，圍巖縱波速度Vp在4134m/s～4512m/s之間頻繁變化；弱風化，巖性為軟硬互層（相對于掌子面）。推斷：該段范圍內圍巖節理較發育，巖體較破碎，穩定性較差，易失穩掉塊或塌方。其中在DK238+181～DK238+177范圍存在軟弱夾層，巖體破碎，穩定性差，局部易塌方。地下水情況：該段泊松比δ在0.21～0.29之間變化。推斷：該段范圍地下水較發育，含飽和基巖裂隙水，呈滲滴水或線狀出水；其中在DK238+177處呈線狀出水。其他里程段圍巖較好，無明顯不良地質反射信號。

6　結語

隧道超前地質預報技術對隧道施工安全至關重要，通過對南門口隧道圍巖的后期地質調查,探測結果和實際圍巖情況基本一致。

[1]鐵路工程巖土分類標準 TB10077-2001/J123-2001.

[2]鐵路隧道超前地質預報技術規程Q-CR 9217-2015.

[3]孫廣忠.工程地質與地質工程 [M].北京:地震出版社,1993

[4]王振東.淺層地震勘探應用技術 [M].北京:地質出版社 ,1988.

[5]羅偉新.單界面反射的反射波法頻率域解釋方法的研究 [J].地球物理學報,1997, 40(4):580～588.

P62[文獻碼]B

1000-405X（2016）-9-266-1