文/韓金永 中鐵津橋工程檢測有限公司 吉林長春 130033

1、工程簡述

以靖那二標(biāo)段隧道出口為例，隧道出口右洞施工掌子面里程為K56+991，隧道穿越山體埡口，地表有落水洞分部，拱頂距地表埋深約40m。隧道內(nèi)與落水洞對應(yīng)的部位極可能發(fā)育巖溶，為此采用超前地質(zhì)預(yù)報。近年來，在我國某些區(qū)域隧道施工過程中存在一系列的安全隱患，誘發(fā)人員傷亡，主要是由于作業(yè)人員對隧道圍巖特征的認(rèn)識不夠全面導(dǎo)致的，在進(jìn)行隧道開挖過程中，必須要做好各類災(zāi)害類型的分析和預(yù)報，使用超前地質(zhì)預(yù)報技術(shù)，才能保證施工順利進(jìn)行。目前，隨著我國科學(xué)信息技術(shù)不斷發(fā)展，多種超前地質(zhì)預(yù)報技術(shù)在國內(nèi)隧道時光中被廣泛使用，常見的地質(zhì)預(yù)報技術(shù)主要有隧道地震預(yù)報、也就是TSP法、超前地質(zhì)預(yù)報系統(tǒng)、地質(zhì)雷達(dá)等。在實際施工勘探過程中，以上地質(zhì)預(yù)報技術(shù)能滿足勘探準(zhǔn)確性、高效。即使是在復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境中也能廣泛使用，不會影響勘探結(jié)果 [1]。

2、TSP系統(tǒng)及地質(zhì)雷達(dá)的理論概述

2.1 TSP系統(tǒng)的基本原理

2.1.1 TSP系統(tǒng)

TSP是多分量，高分辨率地震反射法對反射的地震信號進(jìn)行接收，然后通過數(shù)字記錄儀放大做好記錄輸出工作，通過TSPwin 軟件系統(tǒng)進(jìn)行處理。在進(jìn)行地震波傳輸過程中，和正常巖體介質(zhì)相比，它受到密度和傳播彈性波的影響。也就是說，巖體中兩側(cè)介質(zhì)波阻抗差異越大，反射地震波的能力也就越強(qiáng)。

優(yōu)點(diǎn)：探測預(yù)報的距離較遠(yuǎn)，一般為100 米至200 米之間，它的分辨率較高。除此之外，具有較高的抗干擾性，在進(jìn)行隧道施工過程中影響小。

缺點(diǎn)：在該技術(shù)使用過程中需要進(jìn)行配合，鉆孔使用工序較為復(fù)雜，一般是用放炮方式對信號進(jìn)行激進(jìn)。然而，在進(jìn)行溶洞大小、填充類型、斷層位置等各方面探究過程中，它的反應(yīng)效果不高，精確度較低。

2.1.2 波的類型及傳播

一般情況下，地震波主要有兩種形式，一是體波，二是面波。體波主要是在整個介質(zhì)體積內(nèi)進(jìn)行有效傳播，而面波能順著介質(zhì)的表面或者是自由面進(jìn)行傳播。除此之外，體波分為縱波和橫波?？v波主要是彈性介質(zhì)在發(fā)生形變過程中形成的波動，主要處于壓縮狀態(tài)。一般情況下，介點(diǎn)處于膨脹的位置，如果發(fā)生相互排斥，就會形成稀疏帶，或者是膨脹帶。對于橫波來說，它主要是在切應(yīng)變狀態(tài)下彈性介質(zhì)而形成的波動，最為顯著的特點(diǎn)是波傳播的方向和質(zhì)點(diǎn)振動，兩者的方向是互相垂直的。

2.2 地質(zhì)雷達(dá)的基本理論

地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)也是GPR 技術(shù)，它主要是使用連續(xù)掃描電磁波疊加反射曲線。使用陰道掌子面前方的巖體，電磁波反射和傳播原理進(jìn)行工作的，與此同時，還需要對反射脈沖雙城進(jìn)行傳播，計算準(zhǔn)確距離。一般情況下，它主要是在地質(zhì)雷達(dá)15 到30 米內(nèi)進(jìn)行探測。對于地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)來說，它屬于超前預(yù)質(zhì)地質(zhì)是一種短距離的預(yù)報。然而它的分辨率很高，具有較高的準(zhǔn)確性，有利于進(jìn)行精度較高的預(yù)報。值得注意的是，在進(jìn)行隧道超前預(yù)報地質(zhì)工作中使用地質(zhì)雷達(dá)要做好相應(yīng)的參數(shù)試驗，一般情況下，不同巖體電磁波的速度和介電系數(shù)如下，表1。

表1 一般介質(zhì)相對介電常數(shù)及波速

優(yōu)點(diǎn)：在施工過程中干擾小，進(jìn)行現(xiàn)場檢測過程中使用的時間短，一般為10 分鐘到30 分鐘，尤其是在掌子面發(fā)生炎性變化過程中，具有較高的識別能力，預(yù)報精準(zhǔn)度較高。

缺點(diǎn)：該技術(shù)使用過程中，它的預(yù)報探測距離短，在20 米到30 米左右，需要對長隧道進(jìn)行分段預(yù)報，容易受到信號干擾。

3、TSP系統(tǒng)與地質(zhì)雷達(dá)在隧道施工中的應(yīng)用

3.1 TSP系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集

在使用TSP數(shù)據(jù)方法過程中，需要按照以下的步驟進(jìn)行操作，1.需要進(jìn)行鉆孔。通常情況下，需要在隧道內(nèi)壁設(shè)置24 個激發(fā)孔。如果再進(jìn)行設(shè)置過程中，需要對結(jié)構(gòu)面或者是異常體進(jìn)行探測，需要在長子面左方位置進(jìn)行出露。2.需要進(jìn)行安裝檢波器。檢波器主要由兩條數(shù)據(jù)干探頭和鋼制套管組成，它能有效地對接收孔進(jìn)行清理。3.需要進(jìn)行炸藥埋設(shè)工作，在進(jìn)行埋設(shè)過程中，需要對個孔洞內(nèi)的炸藥量進(jìn)行準(zhǔn)確計算和記錄。做好固定處理，將炸藥和雷管所用的炮管放在炮孔到底部，然后進(jìn)行錨固劑固定。4.做好數(shù)據(jù)采集工作。在進(jìn)行系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集過程中，激發(fā)炸藥到接收地震波信號之間的時間間隔較短，為了降低數(shù)據(jù)質(zhì)量對周圍環(huán)境造成的誤差，在炸藥埋設(shè)完成以后，需要對隧道內(nèi)的一切工作進(jìn)行停止，降低環(huán)境產(chǎn)生的干擾，完成記錄以后，需要一次引爆23 個炸藥，直到所有的炸藥都被引爆。

3.2 地質(zhì)雷達(dá)的數(shù)據(jù)采集

一般情況下，在進(jìn)行地質(zhì)雷達(dá)數(shù)據(jù)采集過程中，需要對主機(jī)、天線、傳輸光線、操控裝置四個部分進(jìn)行全面控制，做好實地勘察工作，需要借助電纜進(jìn)行發(fā)電天線的輸送，形成高頻的電磁波。然后將短脈沖在介質(zhì)內(nèi)進(jìn)行投射，可能在傳遞過程中一些電磁波會被折射。這時，可以使用整形放大等技術(shù)檢測需要的反射信號。

結(jié)語：

在進(jìn)行地質(zhì)隧道工程建設(shè)過程中，由于當(dāng)?shù)厥┕きh(huán)境、地質(zhì)條件等各個因素的影響，會在施工建設(shè)過程中存在一定的偏差。進(jìn)而，誘發(fā)滲水、滲泥等現(xiàn)象，給整個工程埋下安全隱患。因此，在進(jìn)行工程施工作業(yè)過程中，必須要對綜合超前地質(zhì)預(yù)報技術(shù)進(jìn)行全面分析，才能在最大范圍內(nèi)保證施工安全、順利進(jìn)行。