許洋 四川省蜀通巖土工程公司

TSP303隧道超前預(yù)報應(yīng)用探討

許洋 四川省蜀通巖土工程公司

在大量隧道工程中，由于對工作面前方地質(zhì)情況了解不清，給隧道帶來很大的盲目性，TSP系統(tǒng)就是專門針對上述問題而設(shè)計。本文簡要介紹了TSP303儀器設(shè)備及原理，對施工時的現(xiàn)場布置作了探討，并選取比較典型的案例來驗證該系統(tǒng)的準確性和有效性。

TSP303 超前地質(zhì)預(yù)報 隧道

引言

近年來隨著我國高鐵基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，隧道較以往更長、埋深更深且地質(zhì)情況更為復(fù)雜。TSP-303系統(tǒng)就是專門為隧道超前預(yù)報所設(shè)計，它優(yōu)化了現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集速度，提升了配件的實用性能，減少了材料的浪費；TSP303系統(tǒng)可確定整個探測范圍三維空間內(nèi)巖石力學(xué)參數(shù)，處理軟件中亦支持三維成果圖顯示。對施工安全起到了進一步的積極作用。

一、TSP303工作原理及儀器設(shè)備

（一）工作原理

利用地震反射波信號特征來分析預(yù)報隧洞開挖面前方圍巖的地質(zhì)特性。當在激震點進行激發(fā)，產(chǎn)生的地震波信號在隧道周圍巖體內(nèi)傳播，當?shù)刭|(zhì)體與圍巖存在波阻抗差異時，入射波便會在彈性界面處發(fā)生反射、折射與透射現(xiàn)象。

圖2.1 TSP探測原理

（二）儀器設(shè)備

儀器系統(tǒng)主要由記錄單元、接收單元兩大部分組成，另外還有附件及其引爆設(shè)備。

記錄單元：電腦控制記錄單元的地震數(shù)據(jù)記錄、儲存以及評估。

接受單元：接受單元用來接受地質(zhì)信號。

附件和引爆設(shè)備：在安裝接受單元前，一個特殊的套管必須固定到接受器安裝孔上。附件箱中還包含接受單元和記錄單元連接電纜及引爆設(shè)備。

二、數(shù)據(jù)采集存在問題及處理方式

（一）觀測系統(tǒng)的布置

存在問題：觀測系統(tǒng)布置不規(guī)范，如炮孔或接收孔深度不夠，炮間距或偏移距不滿足預(yù)報要求等，會大大降低原始數(shù)據(jù)的有效性和可行性。

處理方式：根據(jù)隧道施工情況，按規(guī)范要求合理布置好接收孔和炮孔，盡量保證接收孔和炮孔在一個水平面上，炮間距、偏移距、炮孔和接收孔深度、角度必須滿足要求。在進行現(xiàn)場探測前，必須對接收孔和炮孔的幾何參數(shù)、炮間距、偏移距等進行復(fù)測。

（二）爆破能量強弱

存在問題：爆破能量不恰當時，主要產(chǎn)生兩種結(jié)果：一是爆破能量不足，二是爆破能量溢出。

處理方式：為了減少或避免這些情況出現(xiàn)，應(yīng)該根據(jù)圍巖實際情況，選擇合適炸藥藥量進行能量激發(fā)。一般來說100g～300g比較合適，硬巖或圍巖較好100g，軟巖或圍巖較差的地方藥量150～200g，圍巖極差的地方200～300g

圖2.2 爆破能量不足波形示意圖

（三）噪聲干擾

存在問題：噪聲干擾一般存在3種情況：其他機械振動干擾、聲波干擾和硬質(zhì)巖中的高頻干擾。

處理方式：在采集過程中要求隧道內(nèi)施工機械暫停，無關(guān)人員暫時離場；對于聲波干擾可以通過泥封炮孔或設(shè)置屏障加以減弱；高頻干擾應(yīng)采用適當?shù)臄?shù)據(jù)處理來減小這種影響。

圖2.3 機械振動干擾示意圖 (a)

圖2.3 聲波干擾示意圖(b)

三、典型工程應(yīng)用實例

（一）工程概況

云南某鐵路BS隧道的泄水洞，總長500m，洞身寬約2.5m，高約2.5m，該區(qū)穿越地層巖性為二疊系下統(tǒng)（P1）灰?guī)r、三疊系下統(tǒng)羅樓組（T1l）砂巖、泥巖、頁巖夾灰?guī)r、發(fā)育斷層。受構(gòu)造影響，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體完整性差。根據(jù)地質(zhì)調(diào)查，距泄水洞底埋深約200m發(fā)育一條暗河。

圖3.1 掌子面照片

（二）探測結(jié)果分析

該段隧道的圍巖與設(shè)計較為不符，本次探測，即查明該溶洞具體位置及規(guī)模。該段隧道僅存在部分段圍巖存在巖溶弱發(fā)育情況（探測結(jié)果如下圖3.1所示），XSDK0+452之后無不良地質(zhì)體，斷層位置預(yù)報精度達到96%，規(guī)模精度為95%。除巖溶弱發(fā)育段外，圍巖基本可以放心大膽掘進，極大地加快了掘進的速度。

表3.1 探測結(jié)果對比

圖3.2 BS隧道泄水洞2D結(jié)果顯示(a)

圖3.2 BS隧道泄水洞動態(tài)楊氏模量3d模型成果圖(b)

四、結(jié)論

從超前預(yù)報與實際施工的地質(zhì)情況對比分析看，效果是較為理想的。TSP303在采集效率和數(shù)據(jù)處理質(zhì)量方面都有顯著提高，減少了材料損耗，提升了采集數(shù)據(jù)量；TSP303具有一定的優(yōu)勢，真正實現(xiàn)了3維處理結(jié)果，預(yù)報結(jié)論會更精細、更準確。

[1]丁恩保,等.隧道工程地質(zhì)預(yù)報方法探討[J].工程地質(zhì)學(xué)報,1995.

[2]劉志剛,趙勇.隧道隧洞施工地質(zhì)技術(shù)[M].北京:中國鐵道出版社.2001.