TGP206在翠屏山隧道地質超前預報中的應用

譚 鵬，王 杰

(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)

近年來，我國高速公路和鐵路的建設，不論是隧道的長度、跨度還是規模都比以往有大幅增加，相應的地質條件的復雜性和施工難度也在增加。同時在隧道建設出現了很多地質問題，比如溶洞、坍塌、冒水、突水等。這些問題嚴重影響了施工進度，尤其對施工人員的安全性構成了嚴重威脅。在此背景下超前地質預報技術被提出并應用到工程實際。尤其以地震波法為主的超前地質預報大范圍應用的實際，并取得良好效果。本文結合在翠屏山隧道使用TGP206預報儀，對隧道地質超前預報作詳細介紹。

1 工程概況

翠屏山隧道全長2 945 m，隧道進口里程為DK506+015，出口里程DK508+960，最大埋深約85 m，地面高程600～700 m。

隧區位于江油北～江油區間，為低山丘陵地貌，上覆第四系全新統坡殘積粉質黏土，下伏基巖為侏羅系泥巖夾砂巖、礫巖。隧道洞身為侏羅系上統蓮花口組泥巖夾砂巖，以軟質巖為主，產狀平緩，存在的不良地質為順層偏壓，易坍塌。隧道為低瓦斯隧道。

2 TGP206原理和方法

2.1 預報原理

地震波信號的傳播時間與傳播距離成正比，與傳播速度成反比；地震波信號的衰減和傳播符號與巖體性質和界面的聲阻抗性質有關。隧道地震波超前預報是利用地震波在巖體傳播過程中，在聲阻抗界面會產生地震反射波，利用儀器設備采集隧道巖體中地震波傳播的信息，通過相關處理系統進行數據處理，結合已有的地質資料綜合分析，實現對隧道前方地質條件的推斷，達到地質超前預報的目的。地震波震源一般采用小藥量炸藥在隧道邊墻的風鉆孔中爆炸產生，激發炮孔在洞壁一側沿直線布置，一般采用24個炮孔。炮孔、接收孔布置如圖1。

圖1 炮孔布置

2.2 預報方法

通常在隧道左側或者右側布置24個測孔，里面放些小量炸藥，并布置2個接收孔。引爆炸藥激發地震波，通過2個接收孔收集24個激發點的產生的反射波。當地震波遇到如斷裂帶、溶洞、巖溶發育帶等地質不均勻地帶，此時由于各個不均勻地質的界面其聲波阻抗不一致時，一部分地震波信號反射回來，一部分地震波繼續透過前面巖體傳播和反射。這樣地震波傳播的全過程通過放在兩邊的接收器對其進行接收，然后可以通過主機上的軟件對數據進行處理和分析(圖2)。

圖2 現場工作示意

3 TGP206在翠屏山隧道中的應用

3.1 掌子面地質情況

為做好本次隧道超前地質預報工作，探測時對隧道出口段掌子面DK508+715處進行了相應的地質編錄和素描(圖3、圖4)。通過在現場的觀察發現：該掌子面圍巖為泥巖夾砂巖，呈褐色，較為破碎，節理裂隙較發育，巖石風化較嚴重，掌子面附近有少量地下水，現場初步判定圍巖級別為V級。

圖3 DK508+715處掌子面素描

圖4 DK508+715處掌子面圍巖狀況

3.2 數據采集

本次采集數據時，掌子面樁號DK508+715預報里程范圍為DK508+715～DK508+565段(即預報隧道掌子面前方150 m)。將探測器放在兩側接收孔，相鄰的激發孔間距為1.5 m，激發孔距離與隧道當前路面距離為1.5 m左右，便于安裝炸藥，接收孔距離掌子面為50 m左右。并引用計時線被炸斷的觸發方式來記錄結果。

3.3 探測結果

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(圖5)、同側繞射偏移圖(圖6)、同側反射截面圖(圖7)和波速變化圖(圖8)。

根據隧道地勘資料與施工揭露的實際情況并結合本次預報得到的縱波比速度分布圖(圖5)可將本次預報里程段分為4個主要圍巖變化分區段，這里結合圖1～圖4就各分段的圍巖變化情況分析說明。

圖5 現場地震波同側三分量采集圖

圖6 同側繞射偏移圖

圖7 同側反射截面圖

圖8 波速變化圖

(1)DK508+715～DK508+692圍巖段：長度約為23m。縱波波速幾無變化，橫波波速有小幅波動，縱橫波繞射偏移圖均呈現強烈的冷暖交替變化，縱波反射不明顯，橫波有較弱的負反射；推測該段圍巖較掌子面變化不大，圍巖巖性較差，節理裂隙較為發育，圍巖較為破碎風化；地下水一般發育，以基巖裂隙水為主。在+700附近圍巖巖性較差。預報圍巖級別為V級，施工時注意圍巖較破碎，應及時支護。

(2)DK508+692～DK508+656圍巖段：長度約為36 m。縱橫波波速均出現較大幅度波動，縱橫波反射強烈，橫波出現較強烈的負反射，縱波繞射波呈現冷暖交替變化，以冷色為主，橫波色調均勻，縱橫波均出現較多的反射面。推測此段圍巖巖性相對前一段較差，圍巖破碎程度增加，節理裂隙發育；地下水發育較少，以基巖裂隙水為主；預測圍巖等級為V級，施工中注意+673附近圍巖較差，圍巖較為破碎，建議及時支護。

(3)DK508+656～DK508+615圍巖段：長度約為41 m。縱波波速幾乎無變化，橫波波速出現小幅波動，縱橫波反射較為明顯，反射面較多，縱波繞射偏移圖呈較為強烈的冷暖交替變化，橫波偏移圖色調均勻。推測該區段圍巖巖性變化較大，圍巖完整性較差，節理一般發育，地下水發育較少，以基巖裂隙水為主；在DK508+638～ DK508+628段內圍巖巖性有變化，在+618附近圍巖較破碎，施工時要加強注意。預測圍巖等級為V級，施工中應注意巖塊從洞頂和邊壁掉落。

(4)DK508+615～DK508+565圍巖段：長度約為50 m。 縱波波速較前段有所上升，橫波波速幾無變化，縱橫波反射不明顯，橫波無反射面，縱波反射面稀少，縱波繞射偏移圖呈較弱的冷暖交替變化，橫波偏移圖色調均勻。推測該區段圍巖完整性較前段變好，節理一般發育，地下水發育較少，以基巖裂隙水為主。預測圍巖等級為V級，施工中應注意巖塊從洞頂和邊壁掉落。

4 現場實際狀況對比分析

本預報段內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，節理裂隙一般發育，地下水發育較少，局部范圍圍巖較破碎。本預報段內圍巖級別推定為V級。

5 結束語

翠屏山隧道以砂巖、礫巖為主，地質變化較為明顯，巖石節理較發育，拱頂及兩側出現掉塊、圍巖出現滲漏水等現象。隧道施工中，將TGP206作為地質超前預報的手段，可以對前方地質有大概的了解和摸底，為后續的施工進度及施工安全作充分的準備。

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