鄭極新

（福州大學(xué)土木工程學(xué)院 福州 350108）

TGP超前地質(zhì)預(yù)報在樺林隧道中的應(yīng)用

鄭極新

（福州大學(xué)土木工程學(xué)院 福州 350108）

根據(jù)福建省寧德沈海復(fù)線高速公路柘榮至福安段樺林隧道超前地質(zhì)預(yù)報采用的地震波發(fā)射法探測和開挖掌子面的素描情況，結(jié)合采集到的數(shù)據(jù)及圖像的分析，取得良好可靠的預(yù)報結(jié)果，為隧道施工安全提供了指導(dǎo)性的依據(jù)。

隧道 超前地質(zhì)預(yù)報 TGP

1. 樺林隧道工程概況及地質(zhì)條件

樺林隧道是福建省寧德沈海復(fù)線高速公路柘榮至福安段中的重要性工程之一，位于福安市潭頭鎮(zhèn)。隧道線路總體呈北東走向，最大埋深約310m。設(shè)計為雙向四車道分離式布置，左線起訖樁號為ZK61+089～ZK62+655，全長1566m；右線起訖樁號為YK61+065～YK62+682，全長1617m。隧址區(qū)的勘察結(jié)果表明場區(qū)有一條斷層帶（F08A）通過，帶內(nèi)巖體破碎，節(jié)理裂隙極發(fā)育，與隧道洞身相交。洞周主要巖性為花崗巖和凝灰熔巖，為較硬～堅硬巖，洞身巖性接觸帶及節(jié)理裂隙影響洞身圍巖級別以III～I(xiàn)V級為主，局部IV～V級；進(jìn)、出口段內(nèi)圍巖級別為IV～V級。隧址區(qū)地下水主要為進(jìn)、出口段坡積土層、風(fēng)化巖層的孔隙裂隙水及洞身構(gòu)造帶和巖性接觸帶的基巖裂隙水，水量較豐富。

2. 隧道超前地質(zhì)預(yù)報的目的及意義

超前地質(zhì)預(yù)報是工程勘察工作的延續(xù)，也是隧道施工安全和維護(hù)的重要環(huán)節(jié)。在隧道的開挖掘進(jìn)過程中，如果能提前準(zhǔn)確掌握前方掌子面巖體結(jié)構(gòu)的變化情況，不良地質(zhì)體及可能引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害的性質(zhì)、分布位置和規(guī)模，就可合理地安排施工開挖進(jìn)度，及時修正施工參數(shù)和方案，采取有效的防護(hù)措施，避免事故的發(fā)生。因此，有必要采取適當(dāng)?shù)募夹g(shù)手段，對隧道開挖前方的地質(zhì)構(gòu)造等進(jìn)行準(zhǔn)確探測。

3. 地震波反射法探測的原理

地震波預(yù)報反射法采用TGP206型隧道地質(zhì)超前預(yù)報系統(tǒng)，其原理是地震波在巖體傳播過程中，在聲阻抗界面會產(chǎn)生地震反射波，利用儀器設(shè)備采集隧道巖體中地震波傳播的信息，通過專業(yè)處理系統(tǒng)提取回波的界面位置、空間分布、回波極性和回波能量等信息，并結(jié)合隧道地質(zhì)勘察資料綜合分析，實(shí)現(xiàn)對隧道前方地質(zhì)條件的推斷，達(dá)到地質(zhì)超前預(yù)報的目的。

4. 數(shù)據(jù)的采集和處理

地震波震源采用小藥量炸藥在隧道邊墻的風(fēng)鉆孔中爆炸產(chǎn)生，激發(fā)孔在洞壁一側(cè)沿直線布置，采用24個炮孔。地震波接收采用三分量采集的模式，接收探頭安置在與炮孔等高的洞壁鉆孔中，并與鉆孔巖體良好耦合，在同樁號的左右壁鉆孔中各布置一個，如圖1所示。

4.1 樺林隧道出口左洞掌子面樁號ZK62+534的數(shù)據(jù)采集

樺林隧道出口左洞樁號ZK62+534的掌子面利用地震波反射法探測中，采集參數(shù)中的空間位置參數(shù)按現(xiàn)場實(shí)際位置輸入，各激發(fā)孔編號及間距如表1所示，接收孔樁號為ZK62+596；儀器的采樣率為0.05毫秒，采樣點(diǎn)數(shù)4096點(diǎn)。

表1 樺林隧道出口左洞樁號ZK62+534的TGP現(xiàn)場激發(fā)孔間距數(shù)據(jù)記錄表（單位:m）

圖1 地震波激發(fā)孔和接收孔的布置

4.2 樺林隧道出口左洞掌子面樁號ZK62+534的數(shù)據(jù)分析

TGP206型隧道超前地質(zhì)預(yù)報系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理采用TGPWIN2.0軟件進(jìn)行處理。依據(jù)隧道地震波反射原理，反射波和繞射波相結(jié)合，得到樺林隧道出口左洞掌子面樁號ZK62+534的三個分量的地震回波提取、偏移歸位成圖、地震波傳遞特性參數(shù)提取及成圖以及綜合計算與構(gòu)造面產(chǎn)狀成果圖繪制，再將所得到的成果圖比對分析（如圖2，圖3所示），形成預(yù)報報告，指導(dǎo)現(xiàn)場開挖掘進(jìn)，保證隧道開挖安全。

結(jié)合施工現(xiàn)場通過對樺林隧道出口左洞掌子面樁號ZK62+534的掘進(jìn)地質(zhì)情況形成素描記錄（如表2所示），對相應(yīng)里程段的圍巖狀況與地質(zhì)超前預(yù)報報告內(nèi)容進(jìn)行現(xiàn)場核對，并進(jìn)行偏差分析形成紀(jì)要，為更好的完成超前預(yù)報工作積累數(shù)據(jù)及經(jīng)驗(yàn)。

表2 樺林隧道出口左洞掌子面樁號ZK62+534的地質(zhì)素描記錄表

圖2 三分量同側(cè)波形記錄圖

圖3 綜合地質(zhì)預(yù)報成果圖

5 結(jié)論與建議

TGP地質(zhì)預(yù)報系統(tǒng)探測的有效距離為150米，預(yù)報距離長，時間短，且對施工的干擾較小。系統(tǒng)以預(yù)報速度作為定性參數(shù)，與實(shí)際測量的速度做比較，并結(jié)合地質(zhì)界面的產(chǎn)狀綜合分析，對隧道進(jìn)行分段地質(zhì)評價，推斷出前方的斷層、巖石破碎帶、構(gòu)造巖溶發(fā)育帶和涌水涌泥等不良地質(zhì)體的位置、規(guī)模、產(chǎn)狀和巖石動力參數(shù)，具有可靠性。

通過對樺林隧道出口左洞掌子面樁號ZK62+534的TGP超前地質(zhì)預(yù)報成果分析，劃分掌子面前方150米范圍的隧道圍巖為3個地質(zhì)單元，各地質(zhì)單元的分析推斷如下：

（1）ZK62+534～ZK62+515段，該段圍巖為凝灰熔巖，預(yù)報巖體速度與測量段巖體速度相當(dāng)，圍巖以微風(fēng)化為主，節(jié)理、裂隙不發(fā)育，巖體較完整，綜合判斷為II級圍巖；

（2）ZK62+515～ZK62+505段，該段圍巖為凝灰熔巖，預(yù)報巖體速度與測量段巖體速度有所下降，圍巖以弱風(fēng)化為主，節(jié)理、裂隙較發(fā)育，巖體較破碎，可能存在若干組較明顯節(jié)理、裂隙面，綜合判斷為Ⅲ級圍巖；

（3）ZK62+505～ZK62+384段，該段圍巖為凝灰熔巖，預(yù)報巖體速度與測量段巖體速度略有提高，推測此段巖體強(qiáng)度可能有所增大，圍巖以微風(fēng)化為主，節(jié)理、裂隙不發(fā)育，巖體較完整，綜合判斷為Ⅱ級圍巖。

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G322

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1007-6344（2015）12-0116-01

鄭極新(1982.03)男，福建連江人，碩士研究生，講師，研究方向：圍巖穩(wěn)定性分析