TSP303隧道超前預報應用探討

許洋 四川省蜀通巖土工程公司

TSP303隧道超前預報應用探討

許洋 四川省蜀通巖土工程公司

在大量隧道工程中，由于對工作面前方地質情況了解不清，給隧道帶來很大的盲目性，TSP系統就是專門針對上述問題而設計。本文簡要介紹了TSP303儀器設備及原理，對施工時的現場布置作了探討，并選取比較典型的案例來驗證該系統的準確性和有效性。

TSP303 超前地質預報 隧道

引言

近年來隨著我國高鐵基礎設施的建設，隧道較以往更長、埋深更深且地質情況更為復雜。TSP-303系統就是專門為隧道超前預報所設計，它優化了現場數據采集速度，提升了配件的實用性能，減少了材料的浪費；TSP303系統可確定整個探測范圍三維空間內巖石力學參數，處理軟件中亦支持三維成果圖顯示。對施工安全起到了進一步的積極作用。

一、TSP303工作原理及儀器設備

（一）工作原理

利用地震反射波信號特征來分析預報隧洞開挖面前方圍巖的地質特性。當在激震點進行激發，產生的地震波信號在隧道周圍巖體內傳播，當地質體與圍巖存在波阻抗差異時，入射波便會在彈性界面處發生反射、折射與透射現象。

圖2.1 TSP探測原理

（二）儀器設備

儀器系統主要由記錄單元、接收單元兩大部分組成，另外還有附件及其引爆設備。

記錄單元：電腦控制記錄單元的地震數據記錄、儲存以及評估。

接受單元：接受單元用來接受地質信號。

附件和引爆設備：在安裝接受單元前，一個特殊的套管必須固定到接受器安裝孔上。附件箱中還包含接受單元和記錄單元連接電纜及引爆設備。

二、數據采集存在問題及處理方式

（一）觀測系統的布置

存在問題：觀測系統布置不規范，如炮孔或接收孔深度不夠，炮間距或偏移距不滿足預報要求等，會大大降低原始數據的有效性和可行性。

處理方式：根據隧道施工情況，按規范要求合理布置好接收孔和炮孔，盡量保證接收孔和炮孔在一個水平面上，炮間距、偏移距、炮孔和接收孔深度、角度必須滿足要求。在進行現場探測前，必須對接收孔和炮孔的幾何參數、炮間距、偏移距等進行復測。

（二）爆破能量強弱

存在問題：爆破能量不恰當時，主要產生兩種結果：一是爆破能量不足，二是爆破能量溢出。

處理方式：為了減少或避免這些情況出現，應該根據圍巖實際情況，選擇合適炸藥藥量進行能量激發。一般來說100g～300g比較合適，硬巖或圍巖較好100g，軟巖或圍巖較差的地方藥量150～200g，圍巖極差的地方200～300g

圖2.2 爆破能量不足波形示意圖

（三）噪聲干擾

存在問題：噪聲干擾一般存在3種情況：其他機械振動干擾、聲波干擾和硬質巖中的高頻干擾。

處理方式：在采集過程中要求隧道內施工機械暫停，無關人員暫時離場；對于聲波干擾可以通過泥封炮孔或設置屏障加以減弱；高頻干擾應采用適當的數據處理來減小這種影響。

圖2.3 機械振動干擾示意圖 (a)

圖2.3 聲波干擾示意圖(b)

三、典型工程應用實例

（一）工程概況

云南某鐵路BS隧道的泄水洞，總長500m，洞身寬約2.5m，高約2.5m，該區穿越地層巖性為二疊系下統（P1）灰巖、三疊系下統羅樓組（T1l）砂巖、泥巖、頁巖夾灰巖、發育斷層。受構造影響，節理裂隙發育，巖體完整性差。根據地質調查，距泄水洞底埋深約200m發育一條暗河。

圖3.1 掌子面照片

（二）探測結果分析

該段隧道的圍巖與設計較為不符，本次探測，即查明該溶洞具體位置及規模。該段隧道僅存在部分段圍巖存在巖溶弱發育情況（探測結果如下圖3.1所示），XSDK0+452之后無不良地質體，斷層位置預報精度達到96%，規模精度為95%。除巖溶弱發育段外，圍巖基本可以放心大膽掘進，極大地加快了掘進的速度。

表3.1 探測結果對比

圖3.2 BS隧道泄水洞2D結果顯示(a)

圖3.2 BS隧道泄水洞動態楊氏模量3d模型成果圖(b)

四、結論

從超前預報與實際施工的地質情況對比分析看，效果是較為理想的。TSP303在采集效率和數據處理質量方面都有顯著提高，減少了材料損耗，提升了采集數據量；TSP303具有一定的優勢，真正實現了3維處理結果，預報結論會更精細、更準確。

[1]丁恩保,等.隧道工程地質預報方法探討[J].工程地質學報,1995.

[2]劉志剛,趙勇.隧道隧洞施工地質技術[M].北京:中國鐵道出版社.2001.