劉 輝

(中鐵濟(jì)南工程技術(shù)有限公司，山東 濟(jì)南 250022)

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TSP203超前地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)在黃土隧道中的應(yīng)用

劉 輝

(中鐵濟(jì)南工程技術(shù)有限公司，山東 濟(jì)南 250022)

結(jié)合工程實(shí)例，介紹了TSP203隧道地質(zhì)勘探的基本原理，分析了隧道隧洞超前預(yù)報(bào)中能夠解決的技術(shù)問題，并將預(yù)報(bào)結(jié)果與實(shí)際工程進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證了該技術(shù)的應(yīng)用效果，對(duì)類似項(xiàng)目有一定借鑒作用。

黃土隧道，地震波，超前地質(zhì)預(yù)報(bào)

1 概述

長(zhǎng)大隧道由于線路長(zhǎng)，埋深大，在施工前全面查清隧道沿線的工程及水文地質(zhì)情況，準(zhǔn)確探明所有可能引發(fā)施工地質(zhì)災(zāi)害的不良地質(zhì)體的類別，位置和規(guī)模十分困難，因此在隧道建設(shè)過(guò)程中，往往會(huì)遇到無(wú)法預(yù)料的地質(zhì)災(zāi)害。一旦處治不當(dāng)，將會(huì)給施工單位造成重大財(cái)產(chǎn)損失及人身安全事故。為保證長(zhǎng)大隧道施工安全，減輕地質(zhì)災(zāi)害造成的損失，對(duì)隧道前方不良地質(zhì)的發(fā)育情況及時(shí)的預(yù)報(bào)，是隧道施工過(guò)程中應(yīng)重點(diǎn)考慮和解決的難題。TSP超前地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng),具有預(yù)報(bào)距離長(zhǎng)，對(duì)探測(cè)面擾動(dòng)小，速度快，費(fèi)用低的優(yōu)點(diǎn)，在長(zhǎng)大隧道建設(shè)過(guò)程中應(yīng)用較廣泛。

2 基本原理

TSP超前地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)利用爆破產(chǎn)生地震波，地震波傳播過(guò)程中遇到波阻抗差異界面后,一部分地震波信號(hào)折射后繼續(xù)傳播，另一部分被反射回來(lái)。反射回來(lái)的地震波信號(hào)由預(yù)先埋設(shè)的高敏感度檢波器接收,儲(chǔ)存到儀器內(nèi),利用專門的分析軟件對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。解譯人員根據(jù)隧道前方圍巖縱橫波波速、泊松比、動(dòng)態(tài)楊氏模量等參數(shù)的曲線,綜合已探明的地質(zhì)信息,預(yù)報(bào)前方地質(zhì)情況[1]。

3 實(shí)際應(yīng)用解決的技術(shù)問題

1)能較準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)隧道掌子面前方存在的斷層，煤層，富水巖層等與其他巖層的分界線。

2)能探測(cè)出隧道掌子面前方存在的溶洞，暗河，特殊軟土等不良地質(zhì)體的位置和規(guī)模，也可以粗略判斷不良地質(zhì)體的圍巖級(jí)別，但準(zhǔn)確的圍巖級(jí)別判定還需要進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)圍巖評(píng)價(jià)才能確定[2]。

4 TSP203預(yù)報(bào)黃土隧道工程實(shí)例

4.1 工程概況

蒙華鐵路延安隧道位于陜西省延安市建華鎮(zhèn)至梁村鄉(xiāng)，為單洞雙線隧道，隧道全長(zhǎng)9 198 m，隧道最大埋深約228.30 m。該地區(qū)屬于陜北黃土高原梁峁區(qū)，地形受地臺(tái)抬升及黃土高原水流向源侵蝕的影響，下切作用明顯，“V”字形沖溝發(fā)育，呈樹枝狀分布，形成溝壑縱橫、支離破碎的特點(diǎn)，為典型的黃土高原侵蝕性梁峁溝谷地形地貌。隧道所在范圍內(nèi)地層巖性從上到下依次為：砂質(zhì)新黃土，粘質(zhì)新黃土，粘質(zhì)老黃土，細(xì)圓粒土；侏羅系中統(tǒng)砂巖，泥巖。薄～中厚層狀構(gòu)造，局部為砂巖泥巖互層，節(jié)理裂隙發(fā)育。

4.2 預(yù)報(bào)成果解譯

本次超前地質(zhì)起始里程為DK305+185，爆破點(diǎn)24個(gè)，裝藥量為50 g～150 g。本次數(shù)據(jù)接收器耦合良好，爆破數(shù)據(jù)全部有效，探測(cè)過(guò)程符合試驗(yàn)要求。原始記錄數(shù)據(jù)見圖1，圖2。圖3為經(jīng)過(guò)處理后得出的2D結(jié)果顯示及巖體物性圖。

根據(jù)有關(guān)資料及上述評(píng)價(jià)準(zhǔn)則,通過(guò)對(duì)圖1～圖3的解譯,解釋成果如下：

1)DK305+185～DK305+225段圍巖強(qiáng)度和完整性與掌子面相比變化不大，整體圍巖完整性差，強(qiáng)度低。DK305+210斷面附近含少量裂隙水，局部巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，應(yīng)做好初期支護(hù)，推斷圍巖級(jí)別為Ⅳ級(jí)。

2)DK305+225～DK305+240段圍巖強(qiáng)度與掌子面相比明顯降低，巖體較破碎，建議加強(qiáng)初期支護(hù)，推斷圍巖級(jí)別為Ⅳ級(jí)偏弱。

3)DK305+240～DK305+250段圍巖強(qiáng)度和完整性與掌子面相比變化不大，整體圍巖完整性較差，強(qiáng)度低，推斷圍巖級(jí)別為Ⅳ級(jí),建議加強(qiáng)初期支護(hù)工作。

4)DK305+250～DK305+270強(qiáng)度與掌子面相比明顯降低，巖體破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育，局部含裂隙水，強(qiáng)烈建議本段施工過(guò)程中提高隧道監(jiān)控量測(cè)頻次，加強(qiáng)支護(hù)強(qiáng)度，圍巖級(jí)別推斷為Ⅳ級(jí)偏弱。

5)DK305+270～DK305+280段圍巖強(qiáng)度與掌子面相比變化不大，整體圍巖完整性較差，強(qiáng)度低，圍巖級(jí)別推斷為Ⅳ級(jí)，建議加強(qiáng)初期支護(hù)。

由圖2，圖3可以看出,在DK305+250～DK305+270范圍內(nèi),縱波、橫波波速速度變化明顯,且變化頻幅度較大,泊松比明顯增加,動(dòng)態(tài)楊氏模量顯著降低,可以推測(cè)在本次預(yù)報(bào)范圍內(nèi)圍巖強(qiáng)度有所降低,局部節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎。

4.3 預(yù)報(bào)結(jié)果與開挖情況對(duì)比

延安隧道進(jìn)口實(shí)際開挖過(guò)程中,DK305+185～DK305+280范圍內(nèi)的地質(zhì)情況與預(yù)測(cè)的結(jié)果基本一致,其中在DK305+246～DK305+274范圍內(nèi)主要為粘質(zhì)新黃土，侏羅系中統(tǒng)泥巖、砂巖，局部為砂巖泥巖互層，節(jié)理裂隙發(fā)育，局部結(jié)構(gòu)面弱風(fēng)化～強(qiáng)風(fēng)化，整體穩(wěn)定性差。 與勘察資料相比，此處地質(zhì)情況較差，但TSP超前地質(zhì)預(yù)報(bào)基本上準(zhǔn)確的預(yù)報(bào)到了此處不良地質(zhì)的位置。在此指導(dǎo)下,施工單位加強(qiáng)了隧道監(jiān)控量測(cè)的頻次，根據(jù)拱頂及收斂變形情況，及時(shí)調(diào)整施工進(jìn)度及施工工藝，采取了相應(yīng)加固措施，保證了施工安全。

5 結(jié)論

1)TSP超前地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)主要通過(guò)波速，密度，泊松比，動(dòng)靜態(tài)楊氏模量等參數(shù)對(duì)探測(cè)面前方地質(zhì)情況進(jìn)行預(yù)判。

2)通過(guò)TSP超前預(yù)報(bào)系統(tǒng)準(zhǔn)確的預(yù)判隧道前方不良地質(zhì)體的位置和規(guī)模，可以給施工組織帶來(lái)時(shí)間上超前性,采用有針對(duì)性的處理方法和支護(hù)加固手段，有效降低地質(zhì)災(zāi)害對(duì)隧道施工的影響。

3)TSP203隧道超前預(yù)報(bào)系統(tǒng)成果解譯具有多樣性，因此預(yù)報(bào)仍然會(huì)出現(xiàn)誤差。想要提高 TSP 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性，還應(yīng)將TSP超前地質(zhì)預(yù)報(bào)與野外地質(zhì)調(diào)查，圍巖等級(jí)評(píng)價(jià)緊密結(jié)合，考慮其他信息，多種方法、多種手段綜合運(yùn)用,提高預(yù)測(cè)精度。

[1] 趙 巖,李術(shù)才,薛翊國(guó),等.TSP203預(yù)報(bào)膠州灣海底隧道f2-1含水?dāng)鄬拥膶?shí)踐[J].山東大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版),2009,39(4)：80-81.

[2] 劉志剛,劉秀峰.TSP(隧道地震勘探)在隧道隧洞超前預(yù)報(bào)中的應(yīng)用與發(fā)展[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào),2003,22(8)：73-74.

[3] 曹小軍,王 萌.TSP超前地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)在水平層狀砂泥巖黃土地區(qū)的應(yīng)用[J].鐵道建筑,2011(3)：16-18.

[4] 歐陽(yáng)旭,吳 立,徐劍波,等.超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)在滬昆高速鐵路湖南段中的應(yīng)用[J].安全與環(huán)境工程,2013,20(1)：8-9.

The application of TSP203 advance geological forecast system in loess tunnel

Liu Hui

(ChinaRailwayJinanEngineeringTechnologyLimitedCompany,Jinan250022,China)

Combining with the engineering example, this paper introduced the basic principle of TSP203 tunnel geological exploration, analyzed the solved technical problems of tunnel advance forecast, and compared the forecast results with the actual engineering, verified the application effect of this technology, had certain reference value to similar engineering.

loess tunnel, seismic wave, advance geological forecast

1009-6825(2016)11-0185-02

2016-01-30

劉 輝(1981- )，男，碩士，工程師

U452.11

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