劉少成

(中鐵大橋科學(xué)研究院有限公司，湖北武漢　430034)

TGP206在國(guó)道317線德格隧道地質(zhì)預(yù)報(bào)中的應(yīng)用

劉少成

(中鐵大橋科學(xué)研究院有限公司，湖北武漢430034)

摘要:介紹了TGP206超前地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)的原理，詳述了其在實(shí)際施工現(xiàn)場(chǎng)中的操作方法，并結(jié)合國(guó)道317線甘孜段改擴(kuò)建工程德格隧道現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)的地質(zhì)情況，對(duì)比了TGP206超前隧道預(yù)報(bào)儀的預(yù)測(cè)情況與實(shí)際情況，表明了TGP206超前地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)的準(zhǔn)確性。

關(guān)鍵詞:隧道，TGP206，超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，地震波

0　引言

隨著我國(guó)公路與鐵路的交通事業(yè)的發(fā)展，以及“四縱四橫”的建設(shè)，中國(guó)的隧道建設(shè)得到不斷的發(fā)展［1］。目前，我國(guó)隧道工程建設(shè)的規(guī)模繼續(xù)擴(kuò)大，并且相應(yīng)地質(zhì)條件的復(fù)雜性和施工難度也不斷增加，尤其在中國(guó)的西南地區(qū)，因此，隧道工程在工程中發(fā)揮了重要的作用。與其他工程相比，隧道工程具有一些獨(dú)特的特性，如復(fù)雜性、隱蔽性和不確定性等特點(diǎn)［2，3］。鑒于隧道工程現(xiàn)場(chǎng)施工的特殊性質(zhì)，提出并應(yīng)用了隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)，并且取得了良好的效果［4-6］。物探法是超前地質(zhì)預(yù)報(bào)中最為常見(jiàn)的一種預(yù)報(bào)方式［7］，其主要的原理是地震波法。本文結(jié)合在國(guó)道317線甘孜段改擴(kuò)建工程德格隧道中采用的TGP206，對(duì)隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)進(jìn)行詳細(xì)的介紹，并結(jié)合隧道掌子面后方巖體的開(kāi)挖情況，進(jìn)行了其準(zhǔn)確性的對(duì)比。

1　工程概況

國(guó)道317線甘孜段改擴(kuò)建工程德格隧道全長(zhǎng)2 943 m，里程K399 +450～K402 +393，位于色曲河左岸，是國(guó)道317線甘孜段改擴(kuò)建工程的控制性工程之一。隧道所處區(qū)域的洞身海拔高度3 282 m，隧道最大斷面137.63 m2，最淺埋深僅為16 m。隧區(qū)位于青藏高原東南緣，橫斷山系沙魯里山脈，屬構(gòu)造侵蝕、風(fēng)化剝蝕中低山區(qū)地貌。巖層為三疊系上統(tǒng)圖姆溝組上段深灰色絹云石英夾薄層結(jié)晶，深灰色絹云石英片巖，巖體整體較完整，巖體結(jié)構(gòu)呈板片狀。隧道圍巖以灰?guī)r為主，洞口為淺埋偏壓隧道，洞內(nèi)容易塌方，洞內(nèi)裂隙水發(fā)育良好。

2　 TGP206超前地質(zhì)預(yù)報(bào)原理和方法

2.1預(yù)報(bào)原理與工作布置

隧道地震波超前預(yù)報(bào)原理是利用地震波的傳播性與反射性原理［9，10］。地震波傳播時(shí)，若遇到了聲阻抗界面就會(huì)形成地震波的反射，通過(guò)對(duì)儀器所獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)地震波傳播方向的固體物理性質(zhì)的推斷，達(dá)到能夠預(yù)報(bào)前方的地質(zhì)情況的目的。

根據(jù)實(shí)際隧道的現(xiàn)場(chǎng)施工與預(yù)報(bào)的原理，地震波的震源通過(guò)小藥量炸藥在隧道邊墻的鉆孔中爆炸產(chǎn)生，一般采用24個(gè)炮孔，沿直線布置在洞壁一側(cè)，接收裝置安放在隧道邊墻兩側(cè)的接收孔中實(shí)時(shí)接收反射的地震波［11］。炮孔與接收孔布置圖如圖1所示。

2.2預(yù)報(bào)現(xiàn)場(chǎng)處理方法

隧道圍巖的性質(zhì)不均勻性會(huì)對(duì)地震波的傳播產(chǎn)生干擾，使檢測(cè)數(shù)據(jù)具有一定的誤差［11］，因此需要選擇隧道巖體相對(duì)完整的地段布置接收孔位置。在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試中，記錄隧道掌子面的里程，同時(shí)記錄儀器接收孔、激發(fā)炮孔的隧道里程;逐炮孔安置帶有時(shí)間觸發(fā)線的炸藥，炸藥的藥量一般控制在80 g～100 g，并且使炸藥處于一定的壓實(shí)狀態(tài)。

圖1　炮孔布置圖

以上有關(guān)現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)，在施工現(xiàn)場(chǎng)中填寫(xiě)在記錄表中。隧道內(nèi)停止開(kāi)挖工作，確保隧道內(nèi)具有安靜的條件而后進(jìn)行逐炮地震波的采集工作。隧道現(xiàn)場(chǎng)工作三維示意圖見(jiàn)圖2。

圖2　現(xiàn)場(chǎng)工作三維示意圖

3　 TGP206在德格隧道中的應(yīng)用

3.1掌子面地質(zhì)情況

通過(guò)在現(xiàn)場(chǎng)的觀察與掌子面的素描圖(如圖3和圖4所示)，從圖中可以發(fā)現(xiàn):該掌子面圍巖為中風(fēng)化灰?guī)r，層間為板狀結(jié)構(gòu)，節(jié)理裂隙發(fā)育良好，掌子面附近無(wú)明顯地下水發(fā)育，隧道頂部與側(cè)墻局部有滴水與水流滲出。綜合現(xiàn)場(chǎng)勘察，初步判定圍巖級(jí)別為Ⅴ級(jí)。

圖3　掌子面素描圖

3.2數(shù)據(jù)采集

圖4　掌子面圍巖實(shí)拍圖

本次實(shí)測(cè)預(yù)報(bào)的炮孔和接收孔布置按照原理部分介紹情況來(lái)布置;采集時(shí)配合現(xiàn)場(chǎng)爆破人員工作，逐個(gè)進(jìn)行激發(fā)并完成采集。

3.3探測(cè)結(jié)果

根據(jù)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的原理及其可靠性［11］，本次預(yù)報(bào)范圍為隧道掌子面前方150 m。對(duì)現(xiàn)場(chǎng)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，可以得到地震波同側(cè)原始波形圖(見(jiàn)圖5)、地震波同側(cè)繞射偏移圖(見(jiàn)圖6)、地震波同側(cè)反射截面圖(見(jiàn)圖7)和綜合圍巖波速變化圖(見(jiàn)圖8)。

圖5　地震波同側(cè)三分量原始波形圖

圖6　地震波同側(cè)繞射偏移圖

圖7　地震波同側(cè)反射截面圖

分析同側(cè)繞射偏移圖、同側(cè)反射截面圖與橫縱波比速度分布圖，并結(jié)合隧道圍巖地勘資料，將本次預(yù)報(bào)里程段分為4個(gè)分區(qū)段，結(jié)合各分段的圍巖變化情況分析說(shuō)明如下:

1) K399 +475～K399 +496圍巖段:縱波波速幾乎無(wú)變化，此段圍巖巖性變化不大;橫波波速存在小幅波動(dòng)，表明該段圍巖較為破碎，地下水可能發(fā)育;在K399 +491～K399 +495區(qū)域內(nèi)呈現(xiàn)極冷色調(diào)，且橫波負(fù)反射較為強(qiáng)烈，表明該區(qū)域內(nèi)圍巖破碎程度較高，地下水發(fā)育程度較高，可能有局部水流的出現(xiàn)。綜合各項(xiàng)指標(biāo)，預(yù)報(bào)掌子面前方圍巖等級(jí)為Ⅴ級(jí)。

2) K399 +496～K399 + 530圍巖段:縱波出現(xiàn)明顯的大幅波動(dòng)，且逐漸降低，說(shuō)明該段圍巖巖性有逐漸變差的趨勢(shì)，圍巖整體性較差;從反射界面可知，反射點(diǎn)較多，表明該段裂隙較為發(fā)育;從繞射偏移圖上可以看到在K399 + 510～K399 + 525區(qū)域內(nèi)，繞射偏移圖以淡冷色調(diào)為主，該區(qū)域地下水較為發(fā)育，可能有股狀水出現(xiàn)。綜合各項(xiàng)指標(biāo)，預(yù)報(bào)該段圍巖等級(jí)為Ⅵ級(jí)。

圖8　綜合圍巖波速變化圖

3) K399 +530～K399 + 560圍巖段:縱波出現(xiàn)明顯的大幅波動(dòng)，說(shuō)明該段圍巖巖性變化較大，表明該段圍巖整體性較差;從反射界面可知，縱波反射點(diǎn)較多，且較為強(qiáng)烈，表明圍巖比較破碎;從繞射偏移圖上可以看到在K399 + 545～K399 + 550區(qū)域內(nèi)，縱波繞射偏移圖呈現(xiàn)冷暖相間，說(shuō)明該段圍巖較為破碎。綜合各項(xiàng)指標(biāo)，整體預(yù)報(bào)圍巖等級(jí)為Ⅴ級(jí)。

4) K399 +560～K399 + 625圍巖段:波速基本穩(wěn)定在較低的范圍內(nèi)，且變化不大，推斷該區(qū)段圍巖整體變化不大;反射界面并不明顯，圍巖完整性一般，地下水發(fā)育程度一般;從繞射偏移圖可知，色調(diào)以冷暖相間為主，該區(qū)域圍巖裂隙較為發(fā)育，局部破碎程度較高;綜合各項(xiàng)指標(biāo)，預(yù)報(bào)圍巖等級(jí)為Ⅳ級(jí)。

4　現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)挖狀況分析

1)掌子面前方里程K399 + 475～K399 + 495段:灰?guī)r、碎石土，節(jié)理不發(fā)育，巖體弱風(fēng)化，巖體樣本呈深灰色，局部裂隙較為發(fā)育，有少量構(gòu)造裂隙水，圍巖等級(jí)定為Ⅴ級(jí)。

2)掌子面前方里程K399 + 495～K399 + 525段:薄層結(jié)晶灰?guī)r、碎石土，節(jié)理發(fā)育一般，巖體強(qiáng)風(fēng)化，樣本呈灰色，總體裂隙較為發(fā)育，拱頂局部水流滲出，圍巖等級(jí)定為Ⅵ級(jí)。

3)掌子面前方里程K399 + 525～K399 + 555段:薄層結(jié)晶灰?guī)r，節(jié)理不發(fā)育，巖體強(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Ⅴ級(jí)。

4)掌子面前方里程K399 + 555～K399 + 625段:灰?guī)r、碎石土，節(jié)理不發(fā)育，巖體強(qiáng)風(fēng)化，巖體樣本呈灰色，總體裂隙較為發(fā)育，局部有細(xì)股狀水流，圍巖等級(jí)定為Ⅵ級(jí)。

5　結(jié)語(yǔ)

德格隧道以灰?guī)r及碎石土為主，地質(zhì)變化相對(duì)不明顯，圍巖巖性變化不大，巖石整體比較破碎，拱部偶見(jiàn)掉塊，隧道地下水發(fā)育情況一般，局部有圍巖滴水與細(xì)水滲出現(xiàn)象。在本次國(guó)道317線德格隧道實(shí)際施工中，將TGP206系統(tǒng)作為隧道地質(zhì)預(yù)報(bào)的主要手段，精確的預(yù)報(bào)了隧道圍巖地質(zhì)變化情況，為下一步的施工進(jìn)展做了很好的指導(dǎo)性工作，確保了施工過(guò)程的安全性，減少了因不了解前方的地質(zhì)情況下施工的盲目性。結(jié)合本工程現(xiàn)場(chǎng)情況綜合分析，超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的情況基本與實(shí)測(cè)地質(zhì)情況相符合，預(yù)報(bào)結(jié)果能夠滿足實(shí)際施工需要。

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The application of TGP206 in the advanced geological forecast for the Dege tunnel in 317 national road

Liu Shaocheng
( Science Research Institute Ltd，China Zhongtie Major Bridge，Wuhan 430034，China)

Abstract:This paper introduces the principle of TGP206 geological prediction system in detail，and describes the operation and using method in the actual construction tunnel.Combined with the field geological condition and geological data of the Dege tunnel in the expansion project of Gan-Zi period in the 317th national road，found TGP206 tunnel forecast instrument has good accuracy by comparing to the prediction of TGP206 tunnel forecast instrument with the actual situation.

Key words:tunnel，TGP206，advanced geology forecast，seismic wave

作者簡(jiǎn)介:劉少成(1985-)，男，碩士，助理工程師

收稿日期:2016-01-13

文章編號(hào):1009-6825( 2016) 04-0178-03

中圖分類號(hào):U456.33

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A