綜合超前地質預報技術在隧道施工中的應用微探

文/韓金永 中鐵津橋工程檢測有限公司 吉林長春 130033

1、工程簡述

以靖那二標段隧道出口為例，隧道出口右洞施工掌子面里程為K56+991，隧道穿越山體埡口，地表有落水洞分部，拱頂距地表埋深約40m。隧道內與落水洞對應的部位極可能發(fā)育巖溶，為此采用超前地質預報。近年來，在我國某些區(qū)域隧道施工過程中存在一系列的安全隱患，誘發(fā)人員傷亡，主要是由于作業(yè)人員對隧道圍巖特征的認識不夠全面導致的，在進行隧道開挖過程中，必須要做好各類災害類型的分析和預報，使用超前地質預報技術，才能保證施工順利進行。目前，隨著我國科學信息技術不斷發(fā)展，多種超前地質預報技術在國內隧道時光中被廣泛使用，常見的地質預報技術主要有隧道地震預報、也就是TSP法、超前地質預報系統(tǒng)、地質雷達等。在實際施工勘探過程中，以上地質預報技術能滿足勘探準確性、高效。即使是在復雜的地質環(huán)境中也能廣泛使用，不會影響勘探結果 [1]。

2、TSP系統(tǒng)及地質雷達的理論概述

2.1 TSP系統(tǒng)的基本原理

2.1.1 TSP系統(tǒng)

TSP是多分量，高分辨率地震反射法對反射的地震信號進行接收，然后通過數(shù)字記錄儀放大做好記錄輸出工作，通過TSPwin 軟件系統(tǒng)進行處理。在進行地震波傳輸過程中，和正常巖體介質相比，它受到密度和傳播彈性波的影響。也就是說，巖體中兩側介質波阻抗差異越大，反射地震波的能力也就越強。

優(yōu)點：探測預報的距離較遠，一般為100 米至200 米之間，它的分辨率較高。除此之外，具有較高的抗干擾性，在進行隧道施工過程中影響小。

缺點：在該技術使用過程中需要進行配合，鉆孔使用工序較為復雜，一般是用放炮方式對信號進行激進。然而，在進行溶洞大小、填充類型、斷層位置等各方面探究過程中，它的反應效果不高，精確度較低。

2.1.2 波的類型及傳播

一般情況下，地震波主要有兩種形式，一是體波，二是面波。體波主要是在整個介質體積內進行有效傳播，而面波能順著介質的表面或者是自由面進行傳播。除此之外，體波分為縱波和橫波。縱波主要是彈性介質在發(fā)生形變過程中形成的波動，主要處于壓縮狀態(tài)。一般情況下，介點處于膨脹的位置，如果發(fā)生相互排斥，就會形成稀疏帶，或者是膨脹帶。對于橫波來說，它主要是在切應變狀態(tài)下彈性介質而形成的波動，最為顯著的特點是波傳播的方向和質點振動，兩者的方向是互相垂直的。

2.2 地質雷達的基本理論

地質雷達技術也是GPR 技術，它主要是使用連續(xù)掃描電磁波疊加反射曲線。使用陰道掌子面前方的巖體，電磁波反射和傳播原理進行工作的，與此同時，還需要對反射脈沖雙城進行傳播，計算準確距離。一般情況下，它主要是在地質雷達15 到30 米內進行探測。對于地質雷達技術來說，它屬于超前預質地質是一種短距離的預報。然而它的分辨率很高，具有較高的準確性，有利于進行精度較高的預報。值得注意的是，在進行隧道超前預報地質工作中使用地質雷達要做好相應的參數(shù)試驗，一般情況下，不同巖體電磁波的速度和介電系數(shù)如下，表1。

表1 一般介質相對介電常數(shù)及波速

優(yōu)點：在施工過程中干擾小，進行現(xiàn)場檢測過程中使用的時間短，一般為10 分鐘到30 分鐘，尤其是在掌子面發(fā)生炎性變化過程中，具有較高的識別能力，預報精準度較高。

缺點：該技術使用過程中，它的預報探測距離短，在20 米到30 米左右，需要對長隧道進行分段預報，容易受到信號干擾。

3、TSP系統(tǒng)與地質雷達在隧道施工中的應用

3.1 TSP系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集

在使用TSP數(shù)據(jù)方法過程中，需要按照以下的步驟進行操作，1.需要進行鉆孔。通常情況下，需要在隧道內壁設置24 個激發(fā)孔。如果再進行設置過程中，需要對結構面或者是異常體進行探測，需要在長子面左方位置進行出露。2.需要進行安裝檢波器。檢波器主要由兩條數(shù)據(jù)干探頭和鋼制套管組成，它能有效地對接收孔進行清理。3.需要進行炸藥埋設工作，在進行埋設過程中，需要對個孔洞內的炸藥量進行準確計算和記錄。做好固定處理，將炸藥和雷管所用的炮管放在炮孔到底部，然后進行錨固劑固定。4.做好數(shù)據(jù)采集工作。在進行系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集過程中，激發(fā)炸藥到接收地震波信號之間的時間間隔較短，為了降低數(shù)據(jù)質量對周圍環(huán)境造成的誤差，在炸藥埋設完成以后，需要對隧道內的一切工作進行停止，降低環(huán)境產(chǎn)生的干擾，完成記錄以后，需要一次引爆23 個炸藥，直到所有的炸藥都被引爆。

3.2 地質雷達的數(shù)據(jù)采集

一般情況下，在進行地質雷達數(shù)據(jù)采集過程中，需要對主機、天線、傳輸光線、操控裝置四個部分進行全面控制，做好實地勘察工作，需要借助電纜進行發(fā)電天線的輸送，形成高頻的電磁波。然后將短脈沖在介質內進行投射，可能在傳遞過程中一些電磁波會被折射。這時，可以使用整形放大等技術檢測需要的反射信號。

結語：

在進行地質隧道工程建設過程中，由于當?shù)厥┕きh(huán)境、地質條件等各個因素的影響，會在施工建設過程中存在一定的偏差。進而，誘發(fā)滲水、滲泥等現(xiàn)象，給整個工程埋下安全隱患。因此，在進行工程施工作業(yè)過程中，必須要對綜合超前地質預報技術進行全面分析，才能在最大范圍內保證施工安全、順利進行。