王正明，趙玉東

（1.中國(guó)中鐵港航局集團(tuán)有限公司，廣東廣州510660；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在廟子梁隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)中的應(yīng)用

王正明*1，趙玉東2

（1.中國(guó)中鐵港航局集團(tuán)有限公司，廣東廣州510660；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，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)質(zhì)料，TGP206超前隧道預(yù)報(bào)儀具有較好的準(zhǔn)確性，能夠有效地指導(dǎo)工程施工。

TGP206；超前預(yù)報(bào)；廟子梁隧道

1 概述

隨著我國(guó)公路交通事業(yè)的發(fā)展，隧道工程的數(shù)量和長(zhǎng)度明顯增加，隧道工程的規(guī)模不斷擴(kuò)大，相應(yīng)地質(zhì)條件的復(fù)雜性和施工難度也不斷增加[1]。對(duì)比其他工程，隧道工程具有隱蔽性、復(fù)雜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，只能起到定性的或局部定量的評(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[2]?；谒淼朗┕さ奶厥庑?，超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)被提出及應(yīng)用[3-4]。物探法作為超前預(yù)報(bào)手段的一種，是最為常見的一種預(yù)報(bào)方法，其中主要以地震波法為主。本文結(jié)合在廟子梁隧道中采用的TGP206預(yù)報(bào)儀，對(duì)隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)進(jìn)行介紹。

2 工程概況

廟子梁隧道全長(zhǎng)5690.147m，隧道進(jìn)口里程為D4K462+014，出口里程D4K467+704，最大埋深約220m。地面高程624～932m，相對(duì)高差308m。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)粘土；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。

3 TGP206原理和方法

地震波預(yù)報(bào)采用TGP206型隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)系統(tǒng)（TGP即Tunnel Geology Prediction的英文縮寫，以下簡(jiǎn)稱TGP系統(tǒng)）。TGP系統(tǒng)是北京市水電物探研究所專門為隧道及地下工程施工超前地質(zhì)預(yù)報(bào)研制開發(fā)的技術(shù)成果，已經(jīng)經(jīng)過(guò)國(guó)內(nèi)著名隧道專家組評(píng)審，鑒定為具有國(guó)際先進(jìn)技術(shù)水平[5]。

TGP隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)包括儀器主機(jī)、配件和處理軟件3部分。

3.1 預(yù)報(bào)原理

隧道地震波超前預(yù)報(bào)是利用地震波在巖體傳播過(guò)程中，在聲阻抗界面會(huì)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(guò)相關(guān)處理系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，結(jié)合已有的地質(zhì)資料綜合分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)隧道前方地質(zhì)條件的推斷，達(dá)到地質(zhì)超前預(yù)報(bào)的目的。地震波震源一般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)炮孔在洞壁一側(cè)沿直線布置，一般采用24個(gè)炮孔。炮孔布置如圖1所示。

圖1 炮孔布置圖

3.2 預(yù)報(bào)方法

對(duì)測(cè)線布置段和隧道掌子面巖體進(jìn)行地質(zhì)描述，并選擇巖體相對(duì)完整的地段布置接收孔位置。

記錄檢波器接收孔、激發(fā)起止的炮孔的隧道里程，對(duì)于不等間距的炮孔要測(cè)量炮孔間距，記錄隧道掌子面的里程；定向并耦合安置孔中三分量檢波器；逐炮孔安置帶有計(jì)時(shí)線的炸藥卷，藥量一般控制在60～120g；根據(jù)隧道巖體條件選擇儀器采集參數(shù)：一般軟巖條件采樣率選擇0.1ms，硬巖條件采樣率選擇0.05ms；通過(guò)選擇采樣點(diǎn)數(shù)的多少保證地震記錄的長(zhǎng)度不小于300～400ms。以上有關(guān)數(shù)據(jù)填寫在TGP現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)記錄表中。而后進(jìn)行逐炮地震波數(shù)據(jù)的采集工作，測(cè)量中要求隧道內(nèi)具有安靜的條件，有關(guān)的產(chǎn)生振動(dòng)施工的項(xiàng)目需要暫時(shí)停止?，F(xiàn)場(chǎng)工作示意圖如圖2所示。所有炮孔的數(shù)據(jù)采集完畢，在檢查采集數(shù)據(jù)合格后結(jié)束現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量工作。

圖2 現(xiàn)場(chǎng)工作示意圖

4 TGP206在廟子梁隧道中的應(yīng)用

4.1 掌子面地質(zhì)情況

通過(guò)在現(xiàn)場(chǎng)的觀察發(fā)現(xiàn)：該掌子面圍巖為泥巖夾砂巖，節(jié)理裂隙發(fā)育一般，掌子面附近無(wú)明顯地下水發(fā)育特征，現(xiàn)場(chǎng)初步判定圍巖級(jí)別為Ⅲ級(jí)。

4.2 數(shù)據(jù)采集

本次預(yù)報(bào)，掌子面里程樁號(hào)為D4K463+830，左右對(duì)稱各布置一個(gè)接收孔，里程樁號(hào)為D4K463+769，激發(fā)孔布置在左側(cè)，起止里程樁號(hào)為D4K463+789～D4K463+823.5，共24個(gè)，間距為1.5m。采集時(shí)逐個(gè)進(jìn)行激發(fā)，完成采集。

4.3 探測(cè)結(jié)果

圖3 掌子面圍巖

本次預(yù)報(bào)范圍為掌子面前方150m，即D4K463+ 830～D4K463+980。

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)其進(jìn)行處理，得到同側(cè)原始波形圖（如圖4）、同側(cè)繞射偏移圖（如圖5所示）、同側(cè)反射截面圖（如圖6所示）和波速變化圖（如圖7所示）[6-7]。

圖4 同側(cè)原始波形圖

圖5 同側(cè)繞射偏移圖

根據(jù)隧道地勘資料與施工揭露的實(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3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分析說(shuō)明如下：

圖6 同側(cè)反射截面圖

圖7 波速變化圖

（1）D4K463+830～D4K463+846圍巖段，長(zhǎng)度為16m。圍巖較掌子面變化不大，圍巖巖性較好，節(jié)理發(fā)育一般，局部圍巖較為破碎，在+830～+840段圍巖較為破碎，施工時(shí)應(yīng)提高警惕；地下水不發(fā)育。預(yù)報(bào)圍巖級(jí)別為Ⅲ級(jí)。

（2）D4K463+846～D4K463+916圍巖段，長(zhǎng)度為70m。該區(qū)段圍巖變化較大，局部圍巖破碎，節(jié)理較發(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。

（3）D4K463+916～D4K463+980圍巖段，長(zhǎng)度為64m。圍巖完整性較好，地下水不發(fā)育，預(yù)報(bào)圍巖等級(jí)為Ⅲ級(jí)。

5 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際狀況對(duì)比分析

（1）D4K463+830～D4K463+850，泥巖夾砂巖，弱風(fēng)化，巖體樣本呈褐黃色，局部裂隙較為發(fā)育，圍巖等級(jí)定為Ⅲ級(jí)。

（2）D4K463+850～D4K463+900，泥巖夾砂巖，強(qiáng)風(fēng)化，巖體樣本呈褐黃色、青灰色，總體裂隙較為發(fā)育，圍巖等級(jí)定為Ⅳ級(jí)。

（3）D4K463+900～D4K463+980，泥巖夾砂巖，強(qiáng)—弱風(fēng)化，巖體樣本呈褐黃色、青灰色，局部地下水較為發(fā)育，圍巖等級(jí)定為Ⅲ級(jí)-Ⅲ級(jí)差。

6 結(jié)語(yǔ)

廟子梁隧道以泥巖及砂巖為主，地質(zhì)變化較為明顯，巖石總體較破碎、拱部偶見掉塊、局部小塌及圍巖滴水等現(xiàn)象。隧道施工中，將TGP206超前預(yù)報(bào)儀作為主要地質(zhì)預(yù)報(bào)手段，很好地預(yù)報(bào)了其地質(zhì)變化情況。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。

[1]HE Chuan，WANG Bo.Research Progress and Development Trends of Highway Tunnels in China[J].Journal of Modern Transportation，2013,21(4):209-223.

[2]吳正生.綜合地質(zhì)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方法在隧道工程中的應(yīng)用[J].工程與建設(shè),2011,25(6):764-767.

[3]宋先海,顧漢明,肖柏勛.我國(guó)隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)技術(shù)述評(píng)[J].地球物理學(xué)進(jìn)展,2006,21(2):605-613.

[4]張慶松,李術(shù)才,孫克國(guó),等.公路隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)應(yīng)用現(xiàn)狀與技術(shù)分析[J].地下空間與工程學(xué)報(bào),2008,4(4):766-771.

[5]劉云禎.TGP隧道地震波預(yù)報(bào)系統(tǒng)與技術(shù)[J].物探與化探, 2009，33(2)：170-177.

[6]王曉川，盧義玉，夏彬偉，等.超前地質(zhì)預(yù)報(bào)在大相嶺隧道施工中的應(yīng)用[J].重慶大學(xué)學(xué)報(bào),2009（10）.

[7]邱興友,郭新新,胥杰.TGP隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)儀在斷層破碎帶探測(cè)中的應(yīng)用[J].工程與建設(shè),2012,26(6):721-723.

U455.39

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1004-5716(2015)06-0193-03

2014-06-23

2014-07-03

王正明（1974-），男（漢族），安徽寧國(guó)人，工程師，現(xiàn)從事鐵路、公路及港航方面的技術(shù)管理工作。