TGP在深埋隧道施工中應用

呂虎波

（浙江省隧道工程公司，浙江 杭州 310030）

TGP在深埋隧道施工中應用

呂虎波

（浙江省隧道工程公司，浙江 杭州 310030）

在深埋隧道工程在施工時，受地質勘測條件的限制，常遇到未預料的不良地質體和復雜的地質條件，從而產生隧洞地質災害。本文主要介紹TGP超前地質預報儀在深埋隧道施工中的應用，并以龍津溪引水隧道TGP超前為例，說明其探測的有效性。

深埋隧道；TGP超前地質預報；隧道施工

深埋隧道在施工時，由于掘進方向的地質復雜多樣，很容易引起地質災害，如果能夠事先得知前方地質情況，對于隧道工程的施工具有非常重要的意義。為保證隧道正常施工，彌補地質資料不足，及時了解施工區掌子面前方的地質條件，需要適時對不良地質體進行超前地質探測和超前地質預報，判斷可能發生施工地質災害的相對位置。

1、工程概況

龍津溪引水隧洞全長為9173m，i=0.584‰，開挖洞徑為底寬3.0m，直徑3.9m的擴底圓形斷面，部份地質較差段采用鋼筋混凝土襯砌和噴錨支護。隧洞沿線地形態波狀起伏，山體雄厚，隧道最大埋深達670m，沿線地質條件復雜，隧道穿越底地層有灰紫色中薄層石英巖、細砂巖、變質泥質粉砂巖，鈣硅質粉砂巖等，沿線斷層發育，破碎寬度最大達到 3～6m。地下水位埋深 0～100m，地下水豐富，隧洞均位于地下水位以下。

由于隧道埋深較深，地質勘查資料不詳，參考性較小，實際開挖揭露的地層狀況與地質勘查資料出入較大；如在隧道K2+945段，地勘資料為Ⅱ類圍巖，實際開挖卻發生涌水、突泥現象，突泥量達到了900m3，造成45米隧道全部被埋，60～80米隧道淤泥深度在20～120cm；并伴隨大量涌水。

如在隧道K9+425段，地勘資料為Ⅱ類圍巖，實際開挖卻發生突泥事故，突泥量達到1500m3，造成隧道95m全部被埋。隧道全部位于地下水位以下，隧道經常發生涌水現象，給隧道施工帶來較大影響。在K2+911段，隧道發生大量涌水現象，水量達到500m /h。針對這些突發的地質災害，我單位綜合運用各種超前探測技術，包括遠距離TGP超前預報，近距離超前探孔、地質素描紅外探水等技術，探測隧道前方可能產生的不良地質體，防止突然地質災害發生，本文僅介紹 TGP超前探測技術的運用。

2、TGP206A探測方法原理及設備

2.1 、探測方法的原理

隧道地質超前預報的工作原理是利用在隧道圍巖內以排列方式激發的彈性波，在向三維空間傳播的過程中，遇到巖體彈性阻抗界面，即地質巖性變化的界面、構造破碎帶、巖溶和巖溶發育帶等，會產生彈性波的反射現象，這種反射回波通過預先埋置在隧道圍巖內的檢波裝置接收下來。處理系統鎖定掌子面前方一定角度范圍，提取反射回波并對其旅行的時間、傳播的衰減、以及相位的變化等進行分析，進而對隧道掌子面前方的巖體地質條件做出預報和判斷，為施工措施和施工設計方案提供預報資料。

2.2 、探測設備

本次采用TGP206A型隧道地質超前預報系統，TGP206A隧道地質超前預報系統包括儀器設備、配件和處理軟件部分。

3、探測方法步驟

3.1 、采集前的準備工作

3.1.1 接收孔與激發孔的布設

隧道地質超前預報檢測工作，一般安排在隧道開挖進尺 70 米以后開始進行，需預先在隧道洞壁鉆孔。 激發孔與接收孔的布設： 激發孔在隧道洞壁同一側沿直線布設，一般距離掌子面 5～ 10m 布設第一個激發孔，而后等間距布設，間距一般為 1.5～2m。 軟巖巖體波速低選擇 1.5m，硬巖巖體波速高選擇 2m。 接收孔布設在激發炮孔的后方（以面向掌子面為前進方向）， 接收孔與近的激發孔的距離一般為 20m 左右，該距離與預報距 離有關：該距離長則預報距離長，該距離短則預報距離短。一般 接收孔為左右洞壁對稱布設。 TGP 隧道地質超前預報儀的輸入端具有同時輸入 2 個接收孔 信號的功能，采集時采取 2 個接收孔同時采集數據。 接收孔與激發孔的布設方式見圖1：

3.1.2 接收孔與激發孔的造孔要求

激發孔與接收孔的鉆孔深度一般為 2 米，鉆孔高度一般以距離當時開挖的隧道地板 1.0～1.2 米為宜，鉆孔向內略向下傾，以保證孔內方便充水。鉆孔完畢后，要測量并記錄接收孔的里程樁號、接收孔與同側第一個激發孔的距離、各激發孔之間的孔距、掌子面的里程樁號和孔位布設段的巖石名稱。

圖1

圖2

3.1.3 接收與激發裝置的安裝

接收探頭與鉆孔巖體密切接觸是保證地震波采集質量的關鍵條件之一。安裝接收探頭之前，首先利用專用工具將黃油耦合劑注入到接收孔的孔底，注入黃油的長度以 30～35cm 為宜。采用專用工具將接收探頭定向推入到接收孔的孔 底，使接收探頭在接收孔底部與鉆孔巖體密切耦合。探頭安裝完成后，將接收孔孔口密封，以避免管波進入接收孔產生干擾波。 激發系統采用小藥量炸藥爆炸產生地震波作為震源，一般藥量控制在50克為宜。

3.1.4 激發與接收的連接

炸藥卷的回路線與儀器的觸發信號線接電纜連接，電雷管線 通過起爆連接電纜與起爆器連接（見圖2）。接收探頭與儀器主機相連，將接收到的地震波信號送至 TGP 主機。

3.2 、數據采集和處理

數據采集主要采用TGP數據采集程序進行。TGP06A 的地震波采集觸發是開路觸發方式，即信號線在雷管引爆炸藥的同時被炸斷，信號線同時開路觸發儀器采集，儀器采集無延時差，保證定位的準確性。其次做好現場預報檢測時的班報記錄，班報記錄包括：隧道掌子面、激發孔、接 收孔的里程樁號，檢測段巖體的巖性名稱。最后作為熟練的地質技術人員還應該對接收孔至掌子面段（包含掌子面）巖體的工程地質與水文條件和性質進行描述，注意觀察和記錄巖體構造、裂隙的 走向和產狀。

4、工程實例分析

4.1 測線布置

本次預報在龍津溪引水隧道，檢波裝置布置在里程 K9+152的左右洞壁鉆孔中。掌子面里程為K9+220。 激發孔里程為K9+172至K9+210，激發孔間距為2m 。

4.2 、TGP地震波超前預報成果圖

1、TGP綜合地質預報成果圖

成果圖顯示：

①有：5個縱波反射界面；3個橫波反射界面；

②反射界面與隧道線夾角約50～75度，傾角80-95度；

2、 三維空間橫斷面掃描成果圖

4.3 、超前預報資料分析

現場原始記錄評估由地震波三分量原始記錄可見：地震縱波同相軸初至較明確，橫波同相軸的幅度和頻率與縱波相比，較為清晰，縱橫波同相軸的速度具有一定差別而分離。認為現場采集的地震波三分量記錄屬于合格記錄，符合數據處理的質量要求。測量段巖體參數本次測量段巖體的彈性參數如下：縱波速度Vp= 5010米/秒；橫波速度Vsh= 2660米/秒；泊松比為0.316；動彈性模量Ed= 43954 MPa；動剪切模量Gd= 17108 MPa；巖體密度為2.56噸/立方米

4.4、預報結論與建議

通過對TGP隧道地質超前預報成果的分析，劃分掌子面前方150米范圍的隧道圍巖為3個地質單元：

地質單元 長度 巖層性質 實際揭露圍巖特征 備注9+220～9+256 36m巖性為灰紫色中薄層石英細砂巖夾泥質粉細砂，圍巖級別為Ⅲ類根據開挖情況和地質素描，此段圍巖完整，無需支護。9+256～9+323 67m反射波速度明顯降低，且成直線下降狀態，說明前方巖體出現顯著變化，以中薄層石英細砂巖為主，并夾泥質粉或細砂，巖石強度顯著下降，建議按Ⅳ類圍巖施工，及時做好初噴等支護措施。在樁號9+255～9+270段，圍巖破碎，現場已做初噴支護。9+270～9+323段，巖石也比較破碎，小節理斷層明顯增多，伴有滲水現象。9+323～9+370 47m波速再次降低，但幅度不大，推斷該段巖體與前段相差不大，可能存節理破碎帶或夾沙根據開挖情況和地質素描，在樁號9+360開始出現大的斷層，且出現

夾泥情況，建議用“管超前、嚴注漿、短進尺、強支護、早封閉、勤量測”，施工中尤其注意拱頂塌落和滑塌，及時做好支護。涌水現象。從9+360開始采用超前錨桿、鋼拱架和錨噴網等支護措施。由于孔深和探測基礎數據的不規范，容易出現實際斷層帶和預測斷層帶想差別現象。

5、結論

通過對隧道的地質超前預報觀測發現，任何一種地質超前探測方法都有其局限性，想得到一個準確的探測結果絕非易事。隧道地震波預報是物探檢測中難度比較大，技術比較復雜的工作，同時要加強與施工地質的配合工作，應用中注意物探解釋與地質相結合，做到不斷總結和提高。對于巖溶發育和富水區的隧道地質超前預報工作，務必結合探水預報等技術，做到綜合預報，確保隧道施工的安全。總的來說，采用TGP超前地質探測儀進行超前地質預報，預報距離相對較長，對大的構造帶預報準確，反應明顯，另外對軟硬圍巖分界點有較好的判斷。

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TU75

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1007-6344（2015）08-0235-02