TSP在高速鐵路隧道超前地質(zhì)預(yù)報中的應(yīng)用初探

高軍 王更峰 林曉 游國平 李俊 王輝麟 焦全福 孫冠華 劉俊 楊君華 羅輝 高峰 劉福春 王曉康 楊超 劉素云 張遠征 紀常永

摘要：為解決高速鐵路隧道超前地質(zhì)預(yù)報中存在的問題，本文主要探討TSP在高速鐵路隧道超前地質(zhì)預(yù)報之中的具體應(yīng)用，提出注意事項，以期為相關(guān)人員提供參考。

關(guān)鍵詞：TSP技術(shù);高速鐵路隧道項目;超前地質(zhì)預(yù)報

引言：

高速鐵路隧道穿越的地層比較復(fù)雜，具有較強的多變性，怎樣才能夠準確、快速的獲取掌子面地質(zhì)信息，進而合理確定出具體的開挖技術(shù)與支護參數(shù)，能夠確保高速鐵路隧道施工更加安全，顯著減少施工安全事故的出現(xiàn)，因此，本文以某高速鐵路隧道工程項目為例，詳細介紹TSP技術(shù)的具體應(yīng)用要點，內(nèi)容如下。

1案例概況

本文以某高速鐵路隧道項目為例，該項目全長為220.3km，其中隧道全長為4532m，屬于雙線鐵路隧道，設(shè)計時速是250km/h，開挖斷面的面積大約是152m2，最大埋深大約為207m，高速鐵路隧道所在區(qū)域的地質(zhì)條件比較復(fù)雜，片理構(gòu)造復(fù)雜，節(jié)理裂隙發(fā)育速度比較快，巖性發(fā)育表現(xiàn)為不均勻性，容易出現(xiàn)塌方與掉塊現(xiàn)象。為了避免高速鐵路隧道開挖施工期間出現(xiàn)嚴重事故，在開挖期間切忌盲目性，施工人員需要對掌子面前部圍巖的地質(zhì)條件進行嚴格監(jiān)控，并采用合理的超前地質(zhì)預(yù)報技術(shù)。

2 TSP技術(shù)的具體運用

2.1合理布置TSP觀測系統(tǒng)

在此高速鐵路隧道超前地質(zhì)預(yù)報工作當中，通過運用TSP技術(shù)，能夠幫助相關(guān)人員進一步了解隧道所在地區(qū)的地質(zhì)條件，同時，相關(guān)人員還要合理布置TSP觀測系統(tǒng)，結(jié)合前期的各項勘察資料數(shù)據(jù)，加強施工現(xiàn)場調(diào)研力度，并做好地質(zhì)資料分析工作，進一步明確工程不良地質(zhì)條件和隧道軸線之間的方位關(guān)系，并以此作為重要依據(jù)，選擇隧道進口右邊墻，以此作為探測壁[1]。

此外，在設(shè)置接收器的過程當中，還要嚴格控制里程，通常來講，接收器里程在DK419+602，首個炮點和接收器之間的距離為17m，總共設(shè)置兩排，共22個炮點，各個炮口處于同一條直線上，炮點之間的距離不宜超過1.6m，孔深為1.5m，孔徑為43mm，向下傾斜12°左右。同時，工作人員還要將接收器套管有效的放入到打好的鉆孔當中，確保套管和圍巖之間保持良好的耦合效果，向上傾斜角度不宜超過15°。

相關(guān)人員需要將接收器有序的放入到套管的內(nèi)部，并做好方向?qū)庸ぷ鳎邮招盘柧€的一端和接收器穩(wěn)定連接，另一端則需要和記錄單元穩(wěn)定連接，將電雷管和乳化炸藥制作成炸藥包，炸藥包內(nèi)部的藥量在75g到100g之間，然后使用拇指炮棍，合理安裝炸藥包，起爆線的一端需要和雷管角線穩(wěn)定連接，而另一端則需要與除法盒穩(wěn)定連接。在引爆之前，炮孔還要用水進行有效填充，將炮口有效封堵，連續(xù)激發(fā)22炮之后，方可采集相關(guān)數(shù)據(jù)。

2.2解釋預(yù)報和開挖驗證

2.2.1解釋預(yù)報內(nèi)容

采集相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息之后，施工人員還要根據(jù)工程項目所在地區(qū)的具體情況，對各項預(yù)報數(shù)據(jù)進行詳細的解釋，結(jié)合此標段的TSP預(yù)報結(jié)果可以得知，確定此區(qū)段灰?guī)r地區(qū)圍巖臨界波速為4.9km/s。在解釋預(yù)報內(nèi)容的過程當中，相關(guān)人員還要注意以下幾個問題，具體見表一。

此外，從總體角度來分析，相關(guān)人員還要結(jié)合縱波的實際變化幅度，合理確定出巖體密度與彈性模量，巖體的物理性質(zhì)參數(shù)僅能夠作為具體的判定依據(jù)，并根據(jù)深度偏移剖面圖，包括反射層提取圖，進行準確驗證，確保最終的解釋更加全面、準確。巖體的物理性質(zhì)參數(shù)在某個區(qū)段內(nèi)部波動比較頻繁，故可以判斷出此區(qū)段內(nèi)部的圍巖出現(xiàn)破碎，或者存在軟硬巖交界面。通常來講，圍巖的分級不但和圍巖波速存在密切聯(lián)系，而且和巖層自身的陡緩程度存在一定聯(lián)系，如果圍巖的波速相同，產(chǎn)狀平緩圍巖一般比陡立圍巖級別高。

2.2.2開挖驗證要點

在此高速鐵路隧道超前地質(zhì)預(yù)報工作當中，隧道TSP預(yù)報結(jié)構(gòu)和開挖情況對比見表二。

結(jié)合表二內(nèi)容可以得知，除DK419+666-DK419+674段地下水預(yù)報結(jié)果和實際開挖情況存在偏差之外，剩余段的TSP地質(zhì)預(yù)報結(jié)構(gòu)和開挖情況一致，在此次探測工作當中，通過運用TSP技術(shù)，能夠幫助相關(guān)人員更好的了解預(yù)報范圍內(nèi)部圍巖的實際地質(zhì)情況，進而準確的推測出地層的含水狀態(tài)，合理確定出圍巖級別[2]。

2.3應(yīng)用效果分析

TSP技術(shù)是現(xiàn)階段應(yīng)用比較成熟的超前地質(zhì)預(yù)報技術(shù)之一，應(yīng)用范圍比較廣，探測距離較遠，而且具備較高的分辨率，抗干擾性能強，對鐵路隧道施工作業(yè)影響較小，但是，此項技術(shù)也存在一定的缺陷，施工作業(yè)成本比較高，預(yù)報的工序較多，同時操作流程復(fù)雜。在超前地質(zhì)預(yù)報工作當中，相關(guān)人員需要認真遵守行業(yè)規(guī)范與規(guī)定，制定出完善的監(jiān)管機制，確保地質(zhì)超前預(yù)報數(shù)據(jù)更加準確、合理。

3結(jié)語：

綜上，本文主要對TSP在高速鐵路隧道超前地質(zhì)預(yù)報當中的具體應(yīng)用要點進行合理性分析，不但能夠顯著提升高速鐵路隧道工程的整體質(zhì)量，而且可以減少錯誤數(shù)據(jù)的出現(xiàn)。

參考文獻：

[1]司景釗，王喚龍，曹貴才，沈維.高黎貢山隧道TBM掘進卡機段TSP法物性參數(shù)響應(yīng)特征分析[J].隧道建設(shè)（中英文），2021，41（03）：396-401.

[2]黃昌富，張帥龍，王艷輝，張永超.高速鐵路隧道薄板狀近水平巖層的穩(wěn)定性分析及施工控制[J].鐵道建筑，2020，60（11）：59-63.

1.國鐵集團武廣高鐵公司 湖北武漢 430012;2.中鐵十一局集團有限個 湖北武漢 430016;

3.中國石油大學（北京） 北京昌平 100081;4.中國鐵道科學研究院 北京海淀 100083;

5.中國科學研究院武漢巖土力學研究所 湖北武漢 430037;6.華中科技大學 湖北武漢 430076;

7.中鐵第四勘測設(shè)計院有限公司 湖北武漢 430021;8.河北華虹工程材料有限責任公司 河北衡水 053000;

9.中鐵三局集團第二工程有限公司 河北石家莊 05000