TSP在公路隧道超前地質預報中的應用研究

龍凱

摘 要：隨著我國綜合國力不斷提高，基礎建設也在不斷加快，公路隧道是其中的重要組成部分，我國每年在建隧道也超過了千座。但是我國的地質條件相對復雜，各個地域的地質條件也不相同，所以公路隧道施工的超前地質預報有著重要的意義，不僅可以確保施工地質條件良好，保障施工安全，還能一定程度地加快施工進度。隧道超前地質預報指的就是施工過程中的地質勘察，目前常用的方法有地質雷達法和TSP法兩種。基于此，基于此，本文對TSP超前地質預報技術進行了分析，并提出了實際的應用措施。

關鍵詞：TSP;公路隧道施工;超前地質預報;應用

0 引言

公路隧道施工時因地質條件不明確，經常會出現各類施工安全事故，例如塌方、冒頂、大涌水等較為嚴重地質災害，不僅嚴重影響了施工安全，造成了人員傷害，更帶來了經濟損失，影響著施工進度。所以地質預報至關重要，和施工安全、施工組織息息相關，所以對超前地質預報的研究一直都是技術人員致力的方向。相對來說，水平鉆孔預報法的成本較高，并且探測耗費時間較長，而地質雷達預報法的距離較短，所以TSP地質預報技術的應用至關重要。

1 TSP超前地質預報技術的概念

TSP超前地質預報技術是應用最為廣泛的地質預報法，不僅預報精準且距離較長。實質其實就是借助了地震波的反射特性，而隧道有著良好的反射條件，所以十分適用。通常情況下，TSP超前地質預報技術可以預報100 m～350 m范圍之內地質情況，并且在圍巖完整的條件下預報長度也會有所增加，在實際應用時對隧道施工干擾較小，只需要在施工間隙開展即可，耗時較短，信號接收器和炮孔和施工面不在一起，所以不會影響隧道掘進施工，只是在接受預報信號時需要暫緩施工即可，局限性較低，所以應用起來較為高效[1]。

2 TSP超前地質預報技術在公路隧道中的應用

2.1 TSP基本原理

TSP的原理其實不難理解，就是在隧道內進行鉆孔，然后在鉆孔內進行小型爆破，借助地震波的傳播、反射來實現地質情況預報。地震波發出后，會向四周擴散開來，向前方傳播也是一定的，地震波碰到反射面后反射回來，起爆位置的接收器就能接收反射信號，通過對信號的整合處理，就實現了地質情況的預報。地震波的傳播有跡可循，傳播的速度、距離、時間等都有著規律性聯系，借助反射時間、地震波傳播速度，就可以實現對反射面的判斷，從而檢測出巖石性質，從而為掘進施工提供參考。

2.2 TSP測量方法的理論基礎

微型引爆同樣會發出強烈的地震波，沿著不同方向、路徑進行傳播，而傳感器接受反射波、直達波等，就能進行地質情況的推斷。TSP超前地質預報技術的第一步應試計算地震波傳播速度VP，直達縱波的傳播時間為T1（s）和爆破孔和傳感器之間距離為X1（m）進行計算，VP=X1/T1。就可以精確地計算地震波傳播速度，然后借助耗費時間來推斷反射面與傳感器距離、隧道端面距離。但目前來說，振動測量已經不是問題，但反射波的傳播時間計算還有著一定阻礙，因為地震波發射后產生了大量的反射波，包括直達波等干擾信號，并且反射波的振幅相對較小，即和反射界面的距離有關，也取決于地震波在反射面的反射系數，所以不易探查。

2.3 TSP在公路隧道地質超前預報中的應用

2.3.1 數據采集

首先，結合預報地質斷層結構，科學布置爆破鉆孔，可以將爆破鉆孔布置在斷層夾角較小的一側，如果預報巖溶需要在隧道兩側布置爆破鉆孔[2]。采用左壁鉆孔或右壁鉆孔要結合巖層走向和現場實際來決定。

2.3.2 裝藥及起爆準備

裝藥和起爆準備是關鍵性環節，應嚴格落實《爆破安全規程》，應用瞬爆電雷管進行起爆。乳化炸藥量應控制在50 g～75 g之間，炸藥和炮孔用水耦合，確保二者的嚴密性。要做好雷管、炸藥、鋼卷尺、黃油等必需品的準備，需在爆破前充足準備，以確保超前預報的及時性。

2.3.3 接收器鉆孔布置

接收器鉆孔的布置也有著明確要求，距離掌子面約55 mm，最好在隧道兩壁都安裝接收器，以確保信號接受良好，將接收器和炮孔安置在相同高度，鉆孔深度為2 m，孔徑在42 mm～45 mm之間，結合實際的耦合材料決定接收孔的朝向，如果采用環氧樹脂進行耦合，就需要上傾接收器孔，采用水泥砂漿則將接收器孔下傾。在傳感器孔、爆破孔都鉆設好后，應由測量部門精確測量孔位坐標，并測量空位角度和深度，進行實時的記錄。

2.3.4 接收器套管埋置和爆破孔裝藥

傳感器孔鉆設成功后應立即加入環氧樹脂，以確保凝結牢固良好，將套管埋入孔中。爆破孔亦是如此，鉆好后立即安裝炸藥、連接瞬發電雷管。準備工作不影響隧道施工，但在進行預報檢測時則要暫緩施工，因為噪音會干擾信號的獲取，只有降低噪音才能確保信號獲取的精準性。并且為了確保測試精度，應確保全方位停工，明確好預報時間。

2.3.5 TSP數據處理

將采集的數據借助TSPwin專用軟件進行分析，輸入隧道起爆點、接收點的參數，并去除質量差的數據，將合格的數據進行分析[3]。通過一系列的分析處理后，得到地質反射層的相關數據，最終處理結果得到P波、SH波、提取的反射層、巖石物理力學參數等。反射的振幅強，反射系數、波阻抗的差別也就越大，正反射振幅意味著剛性巖層，負反射振幅意味著軟弱巖層，在進行反射振幅的比較時需格外小心，因為容易受到周圍噪音的影響。

2.3.6 工程實例

青海加西公路JX-1標石羊嶺隧道位于青海省互助土族自治縣，起點位于加定鎮下麻久村，終點位于青崗峽，為分離式隧道，凈空10.25*5.0 m。隧道左線起迄里程為ZK0+548～ZK2+370，總長1 822 m;右線隧道起迄里程為K0+585～K2+381，總長1 796 m，其中ZK1+050～ZK1+100/K0+970～K1+060穿越卵石土層，全線采用TSP超前地質預報進行探測。

2.4 TSP在公路隧道地質超前預報中應用的注意事項

TPS方法屬于多波多分量高分辨率的地震反射法，通常情況下都采取高爆速炸藥，有條件時應用“黑索金”或一級巖石乳化炸藥進行爆破，并確保炮孔深度、傾斜度，套管錨固應良好，如果套管尾部有晃動的跡象，就會影響勘察數據的準確性，可以利用夾石片固定套管，或是將其插入水泥漿中，盡可能減少套管外露部分，以免爆破對其造成影響。現場的實驗過程中，炮眼通常采取“水封”的方式，確保滿水引爆。實踐過程中證明，TSP公路隧道地質超前預報結合和實際的開挖情況符合，勘察的精準性良好，并且TSP也能識別出水形態。

TSP的應用相對較為復雜，但預報距離較長且效果良好，能精準的預報隧道圍巖情況，但是分辨率卻有所不足，對小型溶洞、破碎帶的位置預報不夠精確，裂隙水的預報也和實際情況有所差距。所以采用TSP法進行隧道地質預報時，地質條件較差的預報位置和實際位置會有所偏差，但也處在可控的范圍之內，可以為施工提供有力參考。

3 結束語

綜上所述，TSP超前地質預測技術是新型的探測方法，有著較強的實效性，并且局限性較小，在實際的公路隧道工程中，將TSP超前地質預報和地質雷達結合應用，能顯著提高預報精度和預報距離，為隧道施工提供可靠的地質條件，有效地降低了施工的盲目性，也就減少了施工事故，保障了施工周期，為施工質量和施工安全提供了保證。

參考文獻：

[1]王進.地質雷達在公路隧道超前地質預報中的應用[J].建筑技術開發，2020（24）：68-69.

[2]黃侃.地質雷達與TSP在公路隧道超前地質預報中的應用[D].東南大學，2016.

[3]王登鋒.TSP在廣大線下莊1號隧道超前地質預報中的應用研究[D].西南交通大學，2016.