譚 鵬 吳正愷 錢王蘋

(1.中鐵二局集團(tuán)有限公司，四川 成都 610031； 2.西南交通大學(xué)交通隧道工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610031)

TGP206在廟子梁隧道斜井地質(zhì)超前預(yù)報(bào)中的應(yīng)用

譚 鵬1吳正愷2錢王蘋2

(1.中鐵二局集團(tuán)有限公司，四川 成都 610031； 2.西南交通大學(xué)交通隧道工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610031)

介紹了TGP206超前地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)的原理和使用方法，同時(shí)，結(jié)合廟子梁隧道斜井施工實(shí)例，闡述了TGP206在隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)中的實(shí)用性和有效性，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)反饋的地質(zhì)資料，證明了TGP206超前隧道預(yù)報(bào)儀具有較好的準(zhǔn)確性，能夠有效的指導(dǎo)工程施工。

TGP206，超前預(yù)報(bào)，隧道

0 引言

近些年來，我國(guó)公共交通建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，隧道工程已經(jīng)成為鐵路等大型項(xiàng)目中的重要工程，隧道工程的重要性越來越顯著，數(shù)量和長(zhǎng)度明顯增加。相比于其他工程，隧道工程具有復(fù)雜性、隱蔽性和不確定性等突出特點(diǎn)，在勘測(cè)階段往往只能完成其中一部分，無法對(duì)地質(zhì)狀況進(jìn)行較為完整的評(píng)價(jià)，還有較大一部分地質(zhì)工作，須伴隨著隧道施工進(jìn)行?；谒淼朗┕さ奶厥庑裕暗刭|(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)被提出及應(yīng)用[1,2]。其中物探法是超前預(yù)報(bào)手段中最常見的一種方法，以地震波為主結(jié)合配套軟件分析，從而進(jìn)行隧道的地質(zhì)超前預(yù)報(bào)。本文結(jié)合在廟子梁隧道斜井中采用的TGP206預(yù)報(bào)儀，對(duì)隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)進(jìn)行介紹。

1 工程概況

廟子梁隧道全長(zhǎng)5 690.147 m，最大埋深約220 m。地面高程624 m～932 m，相對(duì)高差308 m。隧區(qū)位于四川龍門山北東向褶皺帶之東翼與四川盆地邊緣弧形構(gòu)造帶交界處，屬構(gòu)造侵蝕、風(fēng)化剝蝕中低山區(qū)地貌，山嶺成北東向展布。上覆第四系全新統(tǒng)坡洪積粉質(zhì)黏土，坡殘積粉質(zhì)黏土；下伏基巖為侏羅系中統(tǒng)沙溪廟組上段泥巖夾砂巖。單斜構(gòu)造。隧道圍巖以軟質(zhì)巖為主，右側(cè)巖體順層易坍塌。

2 TGP206原理和方法

地震波預(yù)報(bào)系統(tǒng)包括儀器主機(jī)、配件和處理軟件三部分。由儀器主機(jī)、配件協(xié)作采集現(xiàn)場(chǎng)的地震波數(shù)據(jù)，然后由處理軟件進(jìn)行后期處理分析，本文使用TGP206系統(tǒng)，該系統(tǒng)是由北京水電物探研究所研究開發(fā)而成的，在地下工程及隧道領(lǐng)域得到了廣泛的使用，接受了市場(chǎng)的檢驗(yàn)，并得到認(rèn)可。其準(zhǔn)確性，便利性與可操作性達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平[3]。

TGP206系統(tǒng)由記錄單元(主機(jī))、接收單元及附件三部分組成。主機(jī)設(shè)計(jì)防塵、防水、防震，可以在極端惡劣的隧道情況下使用。以高靈敏三分量地震檢波器為接受單元，提高設(shè)備的精確性。

2.1 預(yù)報(bào)原理

隧道地震波超前預(yù)報(bào)原理利用了在不均勻地質(zhì)體中地震波產(chǎn)生的反射波特性來預(yù)報(bào)隧道掘進(jìn)面前方及周邊區(qū)域的地質(zhì)情況。一般設(shè)計(jì)布設(shè)24個(gè)炮點(diǎn)，由少量炸藥激發(fā)產(chǎn)生地震波，再利用信號(hào)接收器來接收采集數(shù)據(jù)，當(dāng)?shù)卣鸩ㄓ龅綆r石波阻抗差異界面(如斷層、破碎帶等)，一部分地震信號(hào)透射進(jìn)入前方介質(zhì)，一部分反射回來，由此產(chǎn)生差異，利用TGP軟件后期處理分析，達(dá)到預(yù)報(bào)的目的。炮孔布置如圖1所示。

2.2 預(yù)報(bào)方法

探測(cè)之前先進(jìn)行施工準(zhǔn)備，包含技術(shù)交底、套管檢查、儀器檢查、雷管炸藥檢查這些步驟。觀測(cè)隧道兩側(cè)圍巖與掌子面狀況并記錄。測(cè)線應(yīng)盡量布置在巖體相對(duì)較完整的區(qū)段，檢波器孔、爆破孔與掌子面之間盡量不要有洞室存在。布孔之后記錄隧道掌子面的里程，記錄每個(gè)炮孔的里程位置，接收器位置。

在炮孔中布置炸藥卷，為獲得較強(qiáng)的振幅信號(hào)，須使用高能爆炸材料，炸藥的爆破速度應(yīng)在5 600 m/s以上。隧道預(yù)測(cè)點(diǎn)不可偏離隧道中線30 m。鉆孔之后逐一量取每個(gè)孔位的參數(shù)，不合格的須重新鉆設(shè)。有關(guān)數(shù)據(jù)填寫在TGP現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)記錄表中。并由專業(yè)人員安裝接收器。安放雷管并往孔中灌水封孔，連接觸發(fā)器。確認(rèn)安全后激發(fā)，并采集數(shù)據(jù)。隧道內(nèi)其余無關(guān)的作業(yè)應(yīng)盡量停止，營(yíng)造相對(duì)平穩(wěn)的環(huán)境[6]。數(shù)據(jù)采集完畢，檢算數(shù)據(jù)合格，采集數(shù)據(jù)部分工作結(jié)束。

3 TGP206在廟子梁隧道斜井中的應(yīng)用

3.1 掌子面地質(zhì)情況

通過在實(shí)際的施工現(xiàn)場(chǎng)的觀察發(fā)現(xiàn)：該掌子面圍巖以泥巖夾砂巖為主，局部范圍內(nèi)存在圍巖較破碎情況，節(jié)理裂隙發(fā)育一般，掌子面附近地下水不發(fā)育。因此，現(xiàn)場(chǎng)初步判定圍巖級(jí)別為Ⅲ級(jí)。

D4K463+320處掌子面素描圖見圖2。

3.2 數(shù)據(jù)采集

通過在現(xiàn)場(chǎng)的預(yù)報(bào)測(cè)試，安排操作人員進(jìn)行預(yù)報(bào)的相關(guān)操作。在預(yù)報(bào)測(cè)試中，預(yù)報(bào)的炮孔和接收孔的實(shí)際操作布置如下：炮孔布置在隧道洞壁左側(cè)，第一個(gè)炮孔距掌子面15 m，炮孔間距設(shè)置為1.5 m，共24個(gè)；接收孔距最后一個(gè)炮孔位置為25 m，左右對(duì)稱各布置一個(gè)接收孔。為了避免操作人員的操作失誤而引起預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)的不準(zhǔn)確，采集時(shí)逐個(gè)進(jìn)行激發(fā)，完成采集[7]。

3.3 探測(cè)結(jié)果

本次預(yù)報(bào)里程范圍為D4K463+320～D4K463+170段，即預(yù)報(bào)隧道掌子面前方150 m。

將現(xiàn)場(chǎng)采集的資料傳輸至計(jì)算機(jī)，利用TGPwin軟件對(duì)其數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到同側(cè)原始波形圖(見圖3)、同側(cè)繞射偏移圖(見圖4)、同側(cè)反射截面圖(見圖5)和波速變化圖(見圖6)[8，9]。

根據(jù)隧道地質(zhì)勘查資料與施工開挖的實(shí)際情況并結(jié)合本次預(yù)報(bào)得到的縱波比速度分布圖，可將本次預(yù)報(bào)里程段分為4個(gè)主要圍巖變化分區(qū)段。結(jié)合各分段的圍巖變化情況，根據(jù)預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析說明如下：

1)D4K463+320～D4K463+285圍巖段：推測(cè)該段圍巖較掌子面變化不大，圍巖巖性較破碎，節(jié)理發(fā)育一般，地下水不發(fā)育。預(yù)報(bào)圍巖級(jí)別為Ⅲ級(jí)。

2)D4K463+285～D4K463+265圍巖段：推測(cè)此段圍巖巖性較前一段變差，圍巖較差，節(jié)理較發(fā)育，地下水不發(fā)育；特別在D4K463+280左右圍巖較破碎，施工時(shí)要加強(qiáng)注意。預(yù)測(cè)圍巖等級(jí)為Ⅲ級(jí)，建議施工時(shí)注意碎石掉落，注意施工安全，建議及時(shí)支護(hù)。

3)D4K463+265～D4K463+210圍巖段：推測(cè)該區(qū)段圍巖巖性較前段變差，圍巖完整性較差，節(jié)理發(fā)育一般，地下水不發(fā)育；在D4K463+242附近圍巖巖性變化較大，施工時(shí)要加強(qiáng)注意。預(yù)測(cè)圍巖等級(jí)為Ⅲ級(jí)，施工中應(yīng)注意巖塊從洞頂和邊壁掉落。

4)D4K463+210～D4K463+170圍巖段：推測(cè)該區(qū)段巖性較前一段相似，圍巖完整性較好，節(jié)理一般發(fā)育，地下水不發(fā)育。預(yù)測(cè)圍巖等級(jí)為Ⅲ級(jí)，施工中應(yīng)注意巖塊從洞頂和邊壁掉落。

總體來說，本預(yù)報(bào)段內(nèi)圍巖較好，未發(fā)現(xiàn)有重大地質(zhì)病害出現(xiàn)，巖體主要以泥巖夾砂巖為主，該巖體單體強(qiáng)度一般，節(jié)理發(fā)育一般，地下水一般發(fā)育，局部范圍圍巖較破碎。

4 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際狀況對(duì)比分析

在實(shí)際的開挖過程中，對(duì)樁號(hào)D4K463+320～D4K463+170段的圍巖等級(jí)進(jìn)行劃分。

1)D4K463+320～D4K463+280圍巖段：泥巖夾砂巖，弱風(fēng)化，節(jié)理不發(fā)育，圍巖等級(jí)定為Ⅲ級(jí)。

2)D4K463+280～D4K463+200圍巖段：泥巖夾砂巖，強(qiáng)風(fēng)化，巖體樣本呈褐黃色、青灰色，局部裂隙較為發(fā)育，節(jié)理發(fā)育一般，圍巖等級(jí)定為Ⅳ級(jí)。

3)D4K463+280～D4K463+200圍巖段：泥巖夾砂巖，弱風(fēng)化，巖體樣本呈褐黃色、青灰色，節(jié)理一般發(fā)育，地下水不發(fā)育，圍巖等級(jí)定為Ⅲ級(jí)。

5 結(jié)語

結(jié)合工程實(shí)例的分析可以得出，在實(shí)際的隧道工程的施工中,鑒于采用超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)，因此進(jìn)行了成功預(yù)警，安全防范措施得當(dāng),避免事故的發(fā)生和造成人員傷亡,并且對(duì)已施工好的隧道結(jié)構(gòu)造成較小的損害,保證了高效施工。

在本隧道工程中，廟子梁隧道斜井的地質(zhì)情況是以泥巖及砂巖為主，地質(zhì)變化較為明顯，巖石總體較破碎、拱部偶見掉塊、局部塌方及圍巖滴水等現(xiàn)象。隧道施工中，將TGP206超前預(yù)報(bào)的技術(shù)作為主要預(yù)報(bào)手段，很好地預(yù)報(bào)了掌子面開挖前方的地質(zhì)變化情況，成功的對(duì)其進(jìn)行開挖，未對(duì)隧道結(jié)構(gòu)造成大的損害,保證了該工程的施工進(jìn)度。結(jié)合工程目前具體情況分析，預(yù)報(bào)結(jié)果基本能夠滿足實(shí)際施工需要。

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On application of TGP206 in the advanced geological forecast for Miaoziliang Tunnel

TAN Peng1WU Zheng-kai2QIAN Wang-ping2

(1.ChinaRailwaySecondBureauGroupCo.,Ltd,Chengdu610031,China;2.CommunicationTunnelEngineeringKeyLabbyMinistryofEducation,SouthwestJiaotongUniversity,Chengdu610031,China)

The paper introduces the principle and using methods for the TGP206 advanced geological forecast, illustrates its practice and effectiveness of TGP206 by combining with the inclined shaft of Miaoziliang Tunnel, and proves the meter has better accuracy according to the geological data from the site feedback, so as to direct the engineering construction.

TGP206, advanced forecast, tunnel

1009-6825(2014)34-0170-03

2014-09-22

譚 鵬(1982- )，男，工程師； 吳正愷(1991- )，男，在讀碩士； 錢王蘋(1991- )，男，在讀碩士

U456.33

A