TGP206在廟子梁隧道斜井地質超前預報中的應用

譚 鵬 吳正愷 錢王蘋

(1.中鐵二局集團有限公司，四川 成都 610031； 2.西南交通大學交通隧道工程教育部重點實驗室，四川 成都 610031)

TGP206在廟子梁隧道斜井地質超前預報中的應用

譚 鵬1吳正愷2錢王蘋2

(1.中鐵二局集團有限公司，四川 成都 610031； 2.西南交通大學交通隧道工程教育部重點實驗室，四川 成都 610031)

介紹了TGP206超前地質預報系統的原理和使用方法，同時，結合廟子梁隧道斜井施工實例，闡述了TGP206在隧道地質超前預報中的實用性和有效性，根據現場反饋的地質資料，證明了TGP206超前隧道預報儀具有較好的準確性，能夠有效的指導工程施工。

TGP206，超前預報，隧道

0 引言

近些年來，我國公共交通建設規模不斷擴大，隧道工程已經成為鐵路等大型項目中的重要工程，隧道工程的重要性越來越顯著，數量和長度明顯增加。相比于其他工程，隧道工程具有復雜性、隱蔽性和不確定性等突出特點，在勘測階段往往只能完成其中一部分，無法對地質狀況進行較為完整的評價，還有較大一部分地質工作，須伴隨著隧道施工進行。基于隧道施工的特殊性，超前地質預報技術被提出及應用[1,2]。其中物探法是超前預報手段中最常見的一種方法，以地震波為主結合配套軟件分析，從而進行隧道的地質超前預報。本文結合在廟子梁隧道斜井中采用的TGP206預報儀，對隧道地質超前預報進行介紹。

1 工程概況

廟子梁隧道全長5 690.147 m，最大埋深約220 m。地面高程624 m～932 m，相對高差308 m。隧區位于四川龍門山北東向褶皺帶之東翼與四川盆地邊緣弧形構造帶交界處，屬構造侵蝕、風化剝蝕中低山區地貌，山嶺成北東向展布。上覆第四系全新統坡洪積粉質黏土，坡殘積粉質黏土；下伏基巖為侏羅系中統沙溪廟組上段泥巖夾砂巖。單斜構造。隧道圍巖以軟質巖為主，右側巖體順層易坍塌。

2 TGP206原理和方法

地震波預報系統包括儀器主機、配件和處理軟件三部分。由儀器主機、配件協作采集現場的地震波數據，然后由處理軟件進行后期處理分析，本文使用TGP206系統，該系統是由北京水電物探研究所研究開發而成的，在地下工程及隧道領域得到了廣泛的使用，接受了市場的檢驗，并得到認可。其準確性，便利性與可操作性達到國際領先水平[3]。

TGP206系統由記錄單元(主機)、接收單元及附件三部分組成。主機設計防塵、防水、防震，可以在極端惡劣的隧道情況下使用。以高靈敏三分量地震檢波器為接受單元，提高設備的精確性。

2.1 預報原理

隧道地震波超前預報原理利用了在不均勻地質體中地震波產生的反射波特性來預報隧道掘進面前方及周邊區域的地質情況。一般設計布設24個炮點，由少量炸藥激發產生地震波，再利用信號接收器來接收采集數據，當地震波遇到巖石波阻抗差異界面(如斷層、破碎帶等)，一部分地震信號透射進入前方介質，一部分反射回來，由此產生差異，利用TGP軟件后期處理分析，達到預報的目的。炮孔布置如圖1所示。

2.2 預報方法

探測之前先進行施工準備，包含技術交底、套管檢查、儀器檢查、雷管炸藥檢查這些步驟。觀測隧道兩側圍巖與掌子面狀況并記錄。測線應盡量布置在巖體相對較完整的區段，檢波器孔、爆破孔與掌子面之間盡量不要有洞室存在。布孔之后記錄隧道掌子面的里程，記錄每個炮孔的里程位置，接收器位置。

在炮孔中布置炸藥卷，為獲得較強的振幅信號，須使用高能爆炸材料，炸藥的爆破速度應在5 600 m/s以上。隧道預測點不可偏離隧道中線30 m。鉆孔之后逐一量取每個孔位的參數，不合格的須重新鉆設。有關數據填寫在TGP現場數據記錄表中。并由專業人員安裝接收器。安放雷管并往孔中灌水封孔，連接觸發器。確認安全后激發，并采集數據。隧道內其余無關的作業應盡量停止，營造相對平穩的環境[6]。數據采集完畢，檢算數據合格，采集數據部分工作結束。

3 TGP206在廟子梁隧道斜井中的應用

3.1 掌子面地質情況

通過在實際的施工現場的觀察發現：該掌子面圍巖以泥巖夾砂巖為主，局部范圍內存在圍巖較破碎情況，節理裂隙發育一般，掌子面附近地下水不發育。因此，現場初步判定圍巖級別為Ⅲ級。

D4K463+320處掌子面素描圖見圖2。

3.2 數據采集

通過在現場的預報測試，安排操作人員進行預報的相關操作。在預報測試中，預報的炮孔和接收孔的實際操作布置如下：炮孔布置在隧道洞壁左側，第一個炮孔距掌子面15 m，炮孔間距設置為1.5 m，共24個；接收孔距最后一個炮孔位置為25 m，左右對稱各布置一個接收孔。為了避免操作人員的操作失誤而引起預報數據的不準確，采集時逐個進行激發，完成采集[7]。

3.3 探測結果

本次預報里程范圍為D4K463+320～D4K463+170段，即預報隧道掌子面前方150 m。

將現場采集的資料傳輸至計算機，利用TGPwin軟件對其數據進行處理，得到同側原始波形圖(見圖3)、同側繞射偏移圖(見圖4)、同側反射截面圖(見圖5)和波速變化圖(見圖6)[8，9]。

根據隧道地質勘查資料與施工開挖的實際情況并結合本次預報得到的縱波比速度分布圖，可將本次預報里程段分為4個主要圍巖變化分區段。結合各分段的圍巖變化情況，根據預測數據進行分析說明如下：

1)D4K463+320～D4K463+285圍巖段：推測該段圍巖較掌子面變化不大，圍巖巖性較破碎，節理發育一般，地下水不發育。預報圍巖級別為Ⅲ級。

2)D4K463+285～D4K463+265圍巖段：推測此段圍巖巖性較前一段變差，圍巖較差，節理較發育，地下水不發育；特別在D4K463+280左右圍巖較破碎，施工時要加強注意。預測圍巖等級為Ⅲ級，建議施工時注意碎石掉落，注意施工安全，建議及時支護。

3)D4K463+265～D4K463+210圍巖段：推測該區段圍巖巖性較前段變差，圍巖完整性較差，節理發育一般，地下水不發育；在D4K463+242附近圍巖巖性變化較大，施工時要加強注意。預測圍巖等級為Ⅲ級，施工中應注意巖塊從洞頂和邊壁掉落。

4)D4K463+210～D4K463+170圍巖段：推測該區段巖性較前一段相似，圍巖完整性較好，節理一般發育，地下水不發育。預測圍巖等級為Ⅲ級，施工中應注意巖塊從洞頂和邊壁掉落。

總體來說，本預報段內圍巖較好，未發現有重大地質病害出現，巖體主要以泥巖夾砂巖為主，該巖體單體強度一般，節理發育一般，地下水一般發育，局部范圍圍巖較破碎。

4 現場實際狀況對比分析

在實際的開挖過程中，對樁號D4K463+320～D4K463+170段的圍巖等級進行劃分。

1)D4K463+320～D4K463+280圍巖段：泥巖夾砂巖，弱風化，節理不發育，圍巖等級定為Ⅲ級。

2)D4K463+280～D4K463+200圍巖段：泥巖夾砂巖，強風化，巖體樣本呈褐黃色、青灰色，局部裂隙較為發育，節理發育一般，圍巖等級定為Ⅳ級。

3)D4K463+280～D4K463+200圍巖段：泥巖夾砂巖，弱風化，巖體樣本呈褐黃色、青灰色，節理一般發育，地下水不發育，圍巖等級定為Ⅲ級。

5 結語

結合工程實例的分析可以得出，在實際的隧道工程的施工中,鑒于采用超前地質預報技術，因此進行了成功預警，安全防范措施得當,避免事故的發生和造成人員傷亡,并且對已施工好的隧道結構造成較小的損害,保證了高效施工。

在本隧道工程中，廟子梁隧道斜井的地質情況是以泥巖及砂巖為主，地質變化較為明顯，巖石總體較破碎、拱部偶見掉塊、局部塌方及圍巖滴水等現象。隧道施工中，將TGP206超前預報的技術作為主要預報手段，很好地預報了掌子面開挖前方的地質變化情況，成功的對其進行開挖，未對隧道結構造成大的損害,保證了該工程的施工進度。結合工程目前具體情況分析，預報結果基本能夠滿足實際施工需要。

[1] 宋先海,顧漢明,肖柏勛.我國隧道地質超前預報技術述評[J].地球物理學進展,2006,21(2):605-613.

[2] 張慶松,李術才,孫克國,等.公路隧道超前地質預報應用現狀與技術分析[J].地下空間與工程學報,2008,4(4):766-771.

[3] 劉云禎.TGP隧道地震波預報系統與技術[J].物探與化探,2009，33(2)：170-177.

[4] 劉奕輝.TGP206超前地質預報系統在大王頂隧道中的成功應用[J].公路交通技術,2011(4)：35-37.

[5] HE Chuan，WANG Bo.Research progress and development trends of highway tunnels in China[J].Journal of Modern Transportation，2013,21(4):209-223.

[6] 吳正生.綜合地質超前地質預報方法在隧道工程中的應用[J].工程與建設,2011,25(6):764-767.

[7] 王曉川，盧義玉，夏彬偉.超前地質預報在大相嶺隧道施工中的應用[J].重慶大學學報,2009(10)：23-25.

[8] 邱興友,郭新新,胥 杰.TGP隧道地質超前預報儀在斷層破碎帶探測中的應用[J].工程與建設, 2012,26(6):721-723.

[9] 趙新梅.TGP在云山隧道地質超前預報中的應用[J].山西建筑，2014,40(15):192-194.

On application of TGP206 in the advanced geological forecast for Miaoziliang Tunnel

TAN Peng1WU Zheng-kai2QIAN Wang-ping2

(1.ChinaRailwaySecondBureauGroupCo.,Ltd,Chengdu610031,China;2.CommunicationTunnelEngineeringKeyLabbyMinistryofEducation,SouthwestJiaotongUniversity,Chengdu610031,China)

The paper introduces the principle and using methods for the TGP206 advanced geological forecast, illustrates its practice and effectiveness of TGP206 by combining with the inclined shaft of Miaoziliang Tunnel, and proves the meter has better accuracy according to the geological data from the site feedback, so as to direct the engineering construction.

TGP206, advanced forecast, tunnel

1009-6825(2014)34-0170-03

2014-09-22

譚 鵬(1982- )，男，工程師； 吳正愷(1991- )，男，在讀碩士； 錢王蘋(1991- )，男，在讀碩士

U456.33

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