呂虎波

（浙江省隧道工程公司，浙江 杭州 310030）

TGP在深埋隧道施工中應(yīng)用

呂虎波

（浙江省隧道工程公司，浙江 杭州 310030）

在深埋隧道工程在施工時(shí)，受地質(zhì)勘測(cè)條件的限制，常遇到未預(yù)料的不良地質(zhì)體和復(fù)雜的地質(zhì)條件，從而產(chǎn)生隧洞地質(zhì)災(zāi)害。本文主要介紹TGP超前地質(zhì)預(yù)報(bào)儀在深埋隧道施工中的應(yīng)用，并以龍津溪引水隧道TGP超前為例，說(shuō)明其探測(cè)的有效性。

深埋隧道；TGP超前地質(zhì)預(yù)報(bào)；隧道施工

深埋隧道在施工時(shí)，由于掘進(jìn)方向的地質(zhì)復(fù)雜多樣，很容易引起地質(zhì)災(zāi)害，如果能夠事先得知前方地質(zhì)情況，對(duì)于隧道工程的施工具有非常重要的意義。為保證隧道正常施工，彌補(bǔ)地質(zhì)資料不足，及時(shí)了解施工區(qū)掌子面前方的地質(zhì)條件，需要適時(shí)對(duì)不良地質(zhì)體進(jìn)行超前地質(zhì)探測(cè)和超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，判斷可能發(fā)生施工地質(zhì)災(zāi)害的相對(duì)位置。

1、工程概況

龍津溪引水隧洞全長(zhǎng)為9173m，i=0.584‰，開(kāi)挖洞徑為底寬3.0m，直徑3.9m的擴(kuò)底圓形斷面，部份地質(zhì)較差段采用鋼筋混凝土襯砌和噴錨支護(hù)。隧洞沿線地形態(tài)波狀起伏，山體雄厚，隧道最大埋深達(dá)670m，沿線地質(zhì)條件復(fù)雜，隧道穿越底地層有灰紫色中薄層石英巖、細(xì)砂巖、變質(zhì)泥質(zhì)粉砂巖，鈣硅質(zhì)粉砂巖等，沿線斷層發(fā)育，破碎寬度最大達(dá)到 3～6m。地下水位埋深 0～100m，地下水豐富，隧洞均位于地下水位以下。

由于隧道埋深較深，地質(zhì)勘查資料不詳，參考性較小，實(shí)際開(kāi)挖揭露的地層狀況與地質(zhì)勘查資料出入較大；如在隧道K2+945段，地勘資料為Ⅱ類圍巖，實(shí)際開(kāi)挖卻發(fā)生涌水、突泥現(xiàn)象，突泥量達(dá)到了900m3，造成45米隧道全部被埋，60～80米隧道淤泥深度在20～120cm；并伴隨大量涌水。

如在隧道K9+425段，地勘資料為Ⅱ類圍巖，實(shí)際開(kāi)挖卻發(fā)生突泥事故，突泥量達(dá)到1500m3，造成隧道95m全部被埋。隧道全部位于地下水位以下，隧道經(jīng)常發(fā)生涌水現(xiàn)象，給隧道施工帶來(lái)較大影響。在K2+911段，隧道發(fā)生大量涌水現(xiàn)象，水量達(dá)到500m /h。針對(duì)這些突發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害，我單位綜合運(yùn)用各種超前探測(cè)技術(shù)，包括遠(yuǎn)距離TGP超前預(yù)報(bào)，近距離超前探孔、地質(zhì)素描紅外探水等技術(shù)，探測(cè)隧道前方可能產(chǎn)生的不良地質(zhì)體，防止突然地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生，本文僅介紹 TGP超前探測(cè)技術(shù)的運(yùn)用。

2、TGP206A探測(cè)方法原理及設(shè)備

2.1 、探測(cè)方法的原理

隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)的工作原理是利用在隧道圍巖內(nèi)以排列方式激發(fā)的彈性波，在向三維空間傳播的過(guò)程中，遇到巖體彈性阻抗界面，即地質(zhì)巖性變化的界面、構(gòu)造破碎帶、巖溶和巖溶發(fā)育帶等，會(huì)產(chǎn)生彈性波的反射現(xiàn)象，這種反射回波通過(guò)預(yù)先埋置在隧道圍巖內(nèi)的檢波裝置接收下來(lái)。處理系統(tǒng)鎖定掌子面前方一定角度范圍，提取反射回波并對(duì)其旅行的時(shí)間、傳播的衰減、以及相位的變化等進(jìn)行分析，進(jìn)而對(duì)隧道掌子面前方的巖體地質(zhì)條件做出預(yù)報(bào)和判斷，為施工措施和施工設(shè)計(jì)方案提供預(yù)報(bào)資料。

2.2 、探測(cè)設(shè)備

本次采用TGP206A型隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)系統(tǒng)，TGP206A隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)系統(tǒng)包括儀器設(shè)備、配件和處理軟件部分。

3、探測(cè)方法步驟

3.1 、采集前的準(zhǔn)備工作

3.1.1 接收孔與激發(fā)孔的布設(shè)

隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)檢測(cè)工作，一般安排在隧道開(kāi)挖進(jìn)尺 70 米以后開(kāi)始進(jìn)行，需預(yù)先在隧道洞壁鉆孔。 激發(fā)孔與接收孔的布設(shè)： 激發(fā)孔在隧道洞壁同一側(cè)沿直線布設(shè)，一般距離掌子面 5～ 10m 布設(shè)第一個(gè)激發(fā)孔，而后等間距布設(shè)，間距一般為 1.5～2m。 軟巖巖體波速低選擇 1.5m，硬巖巖體波速高選擇 2m。 接收孔布設(shè)在激發(fā)炮孔的后方（以面向掌子面為前進(jìn)方向）， 接收孔與近的激發(fā)孔的距離一般為 20m 左右，該距離與預(yù)報(bào)距 離有關(guān)：該距離長(zhǎng)則預(yù)報(bào)距離長(zhǎng)，該距離短則預(yù)報(bào)距離短。一般 接收孔為左右洞壁對(duì)稱布設(shè)。 TGP 隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)儀的輸入端具有同時(shí)輸入 2 個(gè)接收孔 信號(hào)的功能，采集時(shí)采取 2 個(gè)接收孔同時(shí)采集數(shù)據(jù)。 接收孔與激發(fā)孔的布設(shè)方式見(jiàn)圖1：

3.1.2 接收孔與激發(fā)孔的造孔要求

激發(fā)孔與接收孔的鉆孔深度一般為 2 米，鉆孔高度一般以距離當(dāng)時(shí)開(kāi)挖的隧道地板 1.0～1.2 米為宜，鉆孔向內(nèi)略向下傾，以保證孔內(nèi)方便充水。鉆孔完畢后，要測(cè)量并記錄接收孔的里程樁號(hào)、接收孔與同側(cè)第一個(gè)激發(fā)孔的距離、各激發(fā)孔之間的孔距、掌子面的里程樁號(hào)和孔位布設(shè)段的巖石名稱。

圖1

圖2

3.1.3 接收與激發(fā)裝置的安裝

接收探頭與鉆孔巖體密切接觸是保證地震波采集質(zhì)量的關(guān)鍵條件之一。安裝接收探頭之前，首先利用專用工具將黃油耦合劑注入到接收孔的孔底，注入黃油的長(zhǎng)度以 30～35cm 為宜。采用專用工具將接收探頭定向推入到接收孔的孔 底，使接收探頭在接收孔底部與鉆孔巖體密切耦合。探頭安裝完成后，將接收孔孔口密封，以避免管波進(jìn)入接收孔產(chǎn)生干擾波。 激發(fā)系統(tǒng)采用小藥量炸藥爆炸產(chǎn)生地震波作為震源，一般藥量控制在50克為宜。

3.1.4 激發(fā)與接收的連接

炸藥卷的回路線與儀器的觸發(fā)信號(hào)線接電纜連接，電雷管線 通過(guò)起爆連接電纜與起爆器連接（見(jiàn)圖2）。接收探頭與儀器主機(jī)相連，將接收到的地震波信號(hào)送至 TGP 主機(jī)。

3.2 、數(shù)據(jù)采集和處理

數(shù)據(jù)采集主要采用TGP數(shù)據(jù)采集程序進(jìn)行。TGP06A 的地震波采集觸發(fā)是開(kāi)路觸發(fā)方式，即信號(hào)線在雷管引爆炸藥的同時(shí)被炸斷，信號(hào)線同時(shí)開(kāi)路觸發(fā)儀器采集，儀器采集無(wú)延時(shí)差，保證定位的準(zhǔn)確性。其次做好現(xiàn)場(chǎng)預(yù)報(bào)檢測(cè)時(shí)的班報(bào)記錄，班報(bào)記錄包括：隧道掌子面、激發(fā)孔、接 收孔的里程樁號(hào)，檢測(cè)段巖體的巖性名稱。最后作為熟練的地質(zhì)技術(shù)人員還應(yīng)該對(duì)接收孔至掌子面段（包含掌子面）巖體的工程地質(zhì)與水文條件和性質(zhì)進(jìn)行描述，注意觀察和記錄巖體構(gòu)造、裂隙的 走向和產(chǎn)狀。

4、工程實(shí)例分析

4.1 測(cè)線布置

本次預(yù)報(bào)在龍津溪引水隧道，檢波裝置布置在里程 K9+152的左右洞壁鉆孔中。掌子面里程為K9+220。 激發(fā)孔里程為K9+172至K9+210，激發(fā)孔間距為2m 。

4.2 、TGP地震波超前預(yù)報(bào)成果圖

1、TGP綜合地質(zhì)預(yù)報(bào)成果圖

成果圖顯示：

①有：5個(gè)縱波反射界面；3個(gè)橫波反射界面；

②反射界面與隧道線夾角約50～75度，傾角80-95度；

2、 三維空間橫斷面掃描成果圖

4.3 、超前預(yù)報(bào)資料分析

現(xiàn)場(chǎng)原始記錄評(píng)估由地震波三分量原始記錄可見(jiàn)：地震縱波同相軸初至較明確，橫波同相軸的幅度和頻率與縱波相比，較為清晰，縱橫波同相軸的速度具有一定差別而分離。認(rèn)為現(xiàn)場(chǎng)采集的地震波三分量記錄屬于合格記錄，符合數(shù)據(jù)處理的質(zhì)量要求。測(cè)量段巖體參數(shù)本次測(cè)量段巖體的彈性參數(shù)如下：縱波速度Vp= 5010米/秒；橫波速度Vsh= 2660米/秒；泊松比為0.316；動(dòng)彈性模量Ed= 43954 MPa；動(dòng)剪切模量Gd= 17108 MPa；巖體密度為2.56噸/立方米

4.4、預(yù)報(bào)結(jié)論與建議

通過(guò)對(duì)TGP隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)成果的分析，劃分掌子面前方150米范圍的隧道圍巖為3個(gè)地質(zhì)單元：

地質(zhì)單元 長(zhǎng)度 巖層性質(zhì) 實(shí)際揭露圍巖特征 備注9+220～9+256 36m巖性為灰紫色中薄層石英細(xì)砂巖夾泥質(zhì)粉細(xì)砂，圍巖級(jí)別為Ⅲ類根據(jù)開(kāi)挖情況和地質(zhì)素描，此段圍巖完整，無(wú)需支護(hù)。9+256～9+323 67m反射波速度明顯降低，且成直線下降狀態(tài)，說(shuō)明前方巖體出現(xiàn)顯著變化，以中薄層石英細(xì)砂巖為主，并夾泥質(zhì)粉或細(xì)砂，巖石強(qiáng)度顯著下降，建議按Ⅳ類圍巖施工，及時(shí)做好初噴等支護(hù)措施。在樁號(hào)9+255～9+270段，圍巖破碎，現(xiàn)場(chǎng)已做初噴支護(hù)。9+270～9+323段，巖石也比較破碎，小節(jié)理斷層明顯增多，伴有滲水現(xiàn)象。9+323～9+370 47m波速再次降低，但幅度不大，推斷該段巖體與前段相差不大，可能存節(jié)理破碎帶或夾沙根據(jù)開(kāi)挖情況和地質(zhì)素描，在樁號(hào)9+360開(kāi)始出現(xiàn)大的斷層，且出現(xiàn)

夾泥情況，建議用“管超前、嚴(yán)注漿、短進(jìn)尺、強(qiáng)支護(hù)、早封閉、勤量測(cè)”，施工中尤其注意拱頂塌落和滑塌，及時(shí)做好支護(hù)。涌水現(xiàn)象。從9+360開(kāi)始采用超前錨桿、鋼拱架和錨噴網(wǎng)等支護(hù)措施。由于孔深和探測(cè)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的不規(guī)范，容易出現(xiàn)實(shí)際斷層帶和預(yù)測(cè)斷層帶想差別現(xiàn)象。

5、結(jié)論

通過(guò)對(duì)隧道的地質(zhì)超前預(yù)報(bào)觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，任何一種地質(zhì)超前探測(cè)方法都有其局限性，想得到一個(gè)準(zhǔn)確的探測(cè)結(jié)果絕非易事。隧道地震波預(yù)報(bào)是物探檢測(cè)中難度比較大，技術(shù)比較復(fù)雜的工作，同時(shí)要加強(qiáng)與施工地質(zhì)的配合工作，應(yīng)用中注意物探解釋與地質(zhì)相結(jié)合，做到不斷總結(jié)和提高。對(duì)于巖溶發(fā)育和富水區(qū)的隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)工作，務(wù)必結(jié)合探水預(yù)報(bào)等技術(shù)，做到綜合預(yù)報(bào)，確保隧道施工的安全?？偟膩?lái)說(shuō)，采用TGP超前地質(zhì)探測(cè)儀進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，預(yù)報(bào)距離相對(duì)較長(zhǎng)，對(duì)大的構(gòu)造帶預(yù)報(bào)準(zhǔn)確，反應(yīng)明顯，另外對(duì)軟硬圍巖分界點(diǎn)有較好的判斷。

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1007-6344（2015）08-0235-02