淺析地震波反射法—TSP超前地質預報在隧道施工中的運用

陳迪兵

【摘 要】 以本人參與施工管理的新建渝懷鐵路、宜萬鐵路個別典型、長大隧道為例，介紹目前在隧道施工中廣泛采用的地震波反射法—TSP超前地質預報方法，希望對建設中長大隧道及地下工程施工中超前地質預報工作提供參考或有所借鑒和啟發。

【關鍵詞】 地震波反射法 地質超前預報 隧道施工

地震波反射法—TSP超前地質預報技術是物探法的一種，它具有快速、探測距離大、與施工干擾相對小。但也存在一些較為明顯缺點。主要有：需要結合多種預測預報方法，且與與地質分析資料深入結合，有一定技術難度。

1 地震波反射法—TSP超前地質預報工作原理

在隧道隧洞內，人工制造一系列有規則排列的輕微震源；震源發出的地震波遇到地層界面、節理面、特別是斷層破碎帶、溶洞、暗河、巖溶陷落柱、巖溶淤泥帶等不良地質界面時，將產生反射波，它的傳播速度、延遲時間、波形、強度和方向等均與相關界面的性質以及產狀密切相關，并通過不同數據表現出來；通過設備設置的震源反射波的數據采集系統（傳感器和記錄儀），將這遞增數據經微機處理后儲存起來。然后，將數據輸入帶有特制軟件的電腦，經過電腦進行復雜數學計算后，最后形成反射波（縱波）波形圖、反映相關界面或地質體反射能量的影像圖和隧道平面、剖面圖，供工程技術人員解譯。

2 特點

①適用范圍廣：適用于極軟巖至極硬巖的任何地質情況。

②預報距離長：能預報掌子面前方100～350 m范圍內的地質狀況，圍巖越硬越完整預報長度就越大。

③對隧道施工干擾小：它可在隧道施工間隙進行，即使專門安排此項工作，也不過30 min左右（圖1）。

④提交資料及時：在現場采集數據的第二天即可提交正式成果報告。它設計了一套專用處理軟件，將復雜多解的波形分析轉換為直觀的單一解的波形能量分析圖。將隧道頂部和底部的波形能量分析圖分析確定之后，就可得出斷層破碎帶、軟弱夾層或其它不良地質體相對于隧道的空問位置，計算機就會自動繪出彈性波速度有差異的地質界面相對于隧道軸線的地質平面圖和縱斷面圖。

3 工程實例

宜萬鐵路W6標紅瓦屋隧道

（一）TSP探測的主要技術參數

1、傳感器里程： DK094+252；

2、掌子面里程： DK094+208；

3、隧道右壁（面向掌子面方向—下同）布置炮眼21個，左右壁各布置傳感器1個；

4、探測區段平均縱波波速VP=2893米/S；

5、有效預報距離：掌子面前方151米，即里程DK094+208～057；

可供參考預報距離：57米，即里程DK094+057～000；

6、最高分辨率≥1米3的地質體；

7、隧道走向：80°—260°

8、隧道主干斷層破碎帶走向0°和310°。

（二）有效的TSP超前地質預報效果

1、DK094+208～180（28米）

有多條中小斷層破碎帶和影響帶分布的、以泥質灰巖為主的圍巖區段。可見6條中小斷層破碎帶、影響帶，集中連續分布；且多以80°的大角度與隧道相交，始于右壁終于左壁。

總體圍巖較破碎，但少水。穩定性較差～差，易坍塌～塌方，估計總體為Ⅳ～Ⅴ級圍巖。

2、DK094+180～161（19米）

屬于斷層上盤節理發育帶與多水夾泥～富水多泥的、以泥質灰巖為主的圍巖區段。可見3個多水～富水帶，同樣以80°的大角度與隧道相交，始于右壁，終于左壁。具體位置為：

179～177；帶寬2米，多水夾泥。

174～172；帶寬2米，多水夾泥。

（3）171～166；壁寬5米，規模大，為富水多泥的中型斷層破碎帶。或也有可能以大小巖溶洞穴出現。

總體圍巖較破碎，多水夾泥～富水多泥，甚至可能出現大小巖溶洞穴。易坍塌～塌方，估計總體也為Ⅳ～Ⅴ級圍巖。

3、DK094+161～146（15米）

少水無泥，無斷層，較完整的泥質灰巖分布的圍巖區段。總體圍巖完整，少水無泥，穩定性好，估計總體為Ⅱ～Ⅲ級圍巖。

4、DK094+146～108（38米）

有小斷層破碎帶及其影響帶分布期間的、多水夾泥～富水多泥的泥質灰巖為主的圍巖區段。其中，主要多水～富水帶有6個，同樣以80°的大角度與隧道相交，始于右壁，終于左壁。具體位置是：

（1）146～142；帶寬4米，規模較大，為富水多泥的小斷層破碎帶。或也有可能以大小巖溶洞穴出現。

（2）138～136；帶寬2米，多水夾泥。

（3）130～128；帶寬2米，為多水夾泥的小斷層破碎帶。

（4）129～127；帶寬2米，多水夾泥。

（5）123～121；帶寬2米，多水夾泥。

（6）111～108；帶寬3米，多水夾泥。

總體圍巖較完整～較破碎，多水多泥，穩定性較差，可出現坍塌～塌方，估計總體也為Ⅳ～Ⅴ級圍巖。

5、DK094+108～057（51米）

為局部地段節理發育，并伴隨多水夾泥帶分布的泥質灰巖圍巖區段。可見4個多水夾泥帶，以80°的大角度與隧道相交，始于右壁，終于左壁。具體位置是：

（1）105～103；帶寬2米，多水夾泥。

（2）099～093；帶寬6米，規模大，為富水多泥帶。或也有可能以大小巖溶洞穴出現。（3）081～079；帶寬2米，多水夾泥。

（4）071～069；帶寬2米，多水夾泥。

總體圍巖稍完整，僅局部節理發育并伴有少量多水夾泥帶；可出現掉塊～坍塌，圍巖穩定性稍好～較差，估計總體也為Ⅲ～Ⅳ級圍巖。

（三）供參考的TSP超前地質預報

1、DK094+057～016（41米）

為規模較大的富水多泥斷層破碎帶及其影響帶和少水斷層破碎帶集中分布的，以泥質灰巖為主的圍巖區段。可見6個規模大小不等的斷層破碎帶，同樣以80°的大角度與隧道相交，始于右壁，終于左壁。其中，富水多泥斷層破碎帶2條，其具體位置是：

（1）057～051；帶寬6米，規模大，為富水多泥帶；也有可能發育大小巖溶洞穴。

（2）030～026；帶寬4米，多水夾泥。

估計總體圍巖破碎，且多水夾泥～富水多泥，甚至可能出現大小巖溶洞穴；圍巖穩定性差，易塌方，估計總體為Ⅴ級圍巖。

2、DK094+016～000（16米）

少水無泥，無斷層，較完整的泥質灰巖分布的圍巖區段。總體圍巖較完整，少水無泥，穩定性較好，估計總體為Ⅱ～Ⅲ級圍巖。

小結

在整個隧道施工過程中，按照超前地質預測預報方案，采用了以地震波反射法—TSP超前地質預報技術為主要手段，并結合地質條件輔助其它預測預報手段，對隧道全程實施預測預報。對照預測預報成果，經現場施工揭示，預測預報里程、范圍及存在不良地質體的種類基本與成果相符或相近。為該隧道的動態設計管理和順利實施施工奠定了很好的基礎。