TSP超前地質預報系統在西北某隧道中的應用

趙柏

摘 要：本文主要介紹了TSP超前地質預報系統在西北某隧道中的應用情況，通過對比分析證實了TSP超前地質預報系統能夠比較準確地反映出隧道工作面前方圍巖的地質情況，并對如何提高預報的準確性進行了幾點說明。

關鍵詞：TSP超前地質預報系統;隧道;含水地層

TSP（Tunnel Seismic Prediction）超前地質預報系統是專門為隧道及地下工程施工設計的，是目前隧道施工中應用最廣泛的一種地震波反射法。能夠迅速精準地識別和預測開挖隧道工作面前方及周邊的工程地質和水文地質等情況。

本文主要介紹了TSP超前地質預報系統在西北某隧道施工中的應用，通過對預報成果與實際開挖狀況的對比分析，證實了TSP超前地質預報系統能夠比較準確地反映出隧道工作面前方圍巖的地質情況，同時也證明了超前地質預報對本工程的現實意義。

1 TSP超前地質預報系統

1.1 TSP方法原理

TSP方法屬于多波多分量高分辨率地震反射法。地震波在設計的震源點用小量炸藥激發產生。當地震波遇到巖石波阻抗差異界面（如斷層、破碎帶和巖性分界面等）時，一部分地震信號反射回來（圖1-1），一部分信號透射進入前方介質。反射的地震信號將被高靈敏度的加速度地震傳感器接收并以數字形式記錄下來。采集數據通過TSPwin專用軟件處理，可獲得隧道掌子面前方P波、SH波和SV波的時間剖面、深度偏移剖面、巖石的反射層位、物理力學參數等中間成果資料，同時還可得到反射層的二維和三維空間分布，根據上述資料便可了解隧道工作面前方地質體的性質（軟弱巖層、破碎帶、斷層、含水巖層等）和位置及規模。

1.2 數據的采集與處理

數據采集采用三分量（X-Y-Z）同時接收，采樣間隔選用62.5μs，記錄長度選用451.125ms（7218采樣數）;采集的數據采用TSPwin plus 2.1專用軟件進行處理。處理流程包括11個主要步驟：數據設置→帶通濾波→初至拾取→拾取處理→炮能量均衡→Q估計→反射波提取→P、S波分離→速度分析→深度偏移→提取反射層。

2工程實例應用

2.1工程概況

西北某隧道隧址區地貌單元為低中山區，地形切割強烈，間歇性溝谷發育。隧道起全長17763.3m，最大埋深約390m，為特長深埋雙線單洞隧道。其1#斜井設于線路前進方向右側，與線路小里程方向平面夾角116°，斜井斜長949m。1#斜井區域內地層巖性主要有第四系更新統洪積層粗角礫土、風積砂質黃土;寒武系中統狼嘴子組二段砂巖夾板巖;寒武系中統狼嘴子組黃河井段硅質巖夾板巖。施工過程中遇到的主要工程地質問題有圍巖失穩、突水涌水。

2.2觀測系統參數設定

觀測系統參數設定見表2-1、圖2-1。

2.3探測成果與實際開挖揭示情況對比分析

探測成果2D示意圖見圖2-2。

數據處理結果顯示，1#斜井掌子面（X1K0+766）前方140m范圍內，波速值為1912～3680m/s，Vp/Vs值為1.63～1.91，泊松比值為0.20～0.31，密度值為2.21～2.29g/m3，動態楊氏模量值為21～27。

通過表2-2中的對比分析，可知，探測結果與實際開挖情況基本吻合。

3結束語

通過對上述工程實例的對比分析，可知，TSP超前地質預報系統可以對隧道工作面前方圍巖的地質情況進行比較準確的探測和預報。由于物探方法存在多解性，易造成解譯成果的誤判和漏判。為了提高超前地質預報的質量，應當輔以其它超前地質預報手段加以補充和印證，才能保證其精度。

在實操過程中，往往因各種外因導致預報準確性降低。為了提高預報的準確性，可以從以下幾個方面入手：

（1）觀測系統布設階段

孔位信息應嚴格按技術交底要求進行實測，包含孔深、孔高、孔間距及傾角和方位角，需要指出的是，孔深為裝藥深度，而非鉆孔深度。另外，測量誤差無法避免;套管的埋設可以使用耦合劑以達到與孔內壁密貼效果。

（2）數據采集階段

炸藥量的選取應根據現場巖石狀況來決定，有條件的可以先做試驗，通過判識接收到的信號質量，調整炸藥用量以達到最佳效果;減少或降低環境噪音的干擾;爆破孔進行封堵處理，常見處理手段有注水封孔、錨固劑堵孔等;

（3）數據處理和解譯階段

在數據處理和解譯的前，須全面了解和掌握本區域的地質概況和已開挖隧道的實際地質情況，以此作為理論依據選取適合的參數。

（4）綜合超前地質預報的運用

實施多種超前地質預報方法（地質調查法、超前鉆探法、物探法）相結合的手段，來提高預報的準確性。

參考文獻

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