TSP203超前地質預報系統在黃土隧道中的應用

劉 輝

(中鐵濟南工程技術有限公司，山東 濟南 250022)

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TSP203超前地質預報系統在黃土隧道中的應用

劉 輝

(中鐵濟南工程技術有限公司，山東 濟南 250022)

結合工程實例，介紹了TSP203隧道地質勘探的基本原理，分析了隧道隧洞超前預報中能夠解決的技術問題，并將預報結果與實際工程進行對比，驗證了該技術的應用效果，對類似項目有一定借鑒作用。

黃土隧道，地震波，超前地質預報

1 概述

長大隧道由于線路長，埋深大，在施工前全面查清隧道沿線的工程及水文地質情況，準確探明所有可能引發施工地質災害的不良地質體的類別，位置和規模十分困難，因此在隧道建設過程中，往往會遇到無法預料的地質災害。一旦處治不當，將會給施工單位造成重大財產損失及人身安全事故。為保證長大隧道施工安全，減輕地質災害造成的損失，對隧道前方不良地質的發育情況及時的預報，是隧道施工過程中應重點考慮和解決的難題。TSP超前地質預報系統,具有預報距離長，對探測面擾動小，速度快，費用低的優點，在長大隧道建設過程中應用較廣泛。

2 基本原理

TSP超前地質預報系統利用爆破產生地震波，地震波傳播過程中遇到波阻抗差異界面后,一部分地震波信號折射后繼續傳播，另一部分被反射回來。反射回來的地震波信號由預先埋設的高敏感度檢波器接收,儲存到儀器內,利用專門的分析軟件對采集到的數據進行處理。解譯人員根據隧道前方圍巖縱橫波波速、泊松比、動態楊氏模量等參數的曲線,綜合已探明的地質信息,預報前方地質情況[1]。

3 實際應用解決的技術問題

1)能較準確的預測隧道掌子面前方存在的斷層，煤層，富水巖層等與其他巖層的分界線。

2)能探測出隧道掌子面前方存在的溶洞，暗河，特殊軟土等不良地質體的位置和規模，也可以粗略判斷不良地質體的圍巖級別，但準確的圍巖級別判定還需要進行現場圍巖評價才能確定[2]。

4 TSP203預報黃土隧道工程實例

4.1 工程概況

蒙華鐵路延安隧道位于陜西省延安市建華鎮至梁村鄉，為單洞雙線隧道，隧道全長9 198 m，隧道最大埋深約228.30 m。該地區屬于陜北黃土高原梁峁區，地形受地臺抬升及黃土高原水流向源侵蝕的影響，下切作用明顯，“V”字形沖溝發育，呈樹枝狀分布，形成溝壑縱橫、支離破碎的特點，為典型的黃土高原侵蝕性梁峁溝谷地形地貌。隧道所在范圍內地層巖性從上到下依次為：砂質新黃土，粘質新黃土，粘質老黃土，細圓粒土；侏羅系中統砂巖，泥巖。薄～中厚層狀構造，局部為砂巖泥巖互層，節理裂隙發育。

4.2 預報成果解譯

本次超前地質起始里程為DK305+185，爆破點24個，裝藥量為50 g～150 g。本次數據接收器耦合良好，爆破數據全部有效，探測過程符合試驗要求。原始記錄數據見圖1，圖2。圖3為經過處理后得出的2D結果顯示及巖體物性圖。

根據有關資料及上述評價準則,通過對圖1～圖3的解譯,解釋成果如下：

1)DK305+185～DK305+225段圍巖強度和完整性與掌子面相比變化不大，整體圍巖完整性差，強度低。DK305+210斷面附近含少量裂隙水，局部巖體節理裂隙發育，應做好初期支護，推斷圍巖級別為Ⅳ級。

2)DK305+225～DK305+240段圍巖強度與掌子面相比明顯降低，巖體較破碎，建議加強初期支護，推斷圍巖級別為Ⅳ級偏弱。

3)DK305+240～DK305+250段圍巖強度和完整性與掌子面相比變化不大，整體圍巖完整性較差，強度低，推斷圍巖級別為Ⅳ級,建議加強初期支護工作。

4)DK305+250～DK305+270強度與掌子面相比明顯降低，巖體破碎，節理裂隙發育，局部含裂隙水，強烈建議本段施工過程中提高隧道監控量測頻次，加強支護強度，圍巖級別推斷為Ⅳ級偏弱。

5)DK305+270～DK305+280段圍巖強度與掌子面相比變化不大，整體圍巖完整性較差，強度低，圍巖級別推斷為Ⅳ級，建議加強初期支護。

由圖2，圖3可以看出,在DK305+250～DK305+270范圍內,縱波、橫波波速速度變化明顯,且變化頻幅度較大,泊松比明顯增加,動態楊氏模量顯著降低,可以推測在本次預報范圍內圍巖強度有所降低,局部節理裂隙發育，巖體破碎。

4.3 預報結果與開挖情況對比

延安隧道進口實際開挖過程中,DK305+185～DK305+280范圍內的地質情況與預測的結果基本一致,其中在DK305+246～DK305+274范圍內主要為粘質新黃土，侏羅系中統泥巖、砂巖，局部為砂巖泥巖互層，節理裂隙發育，局部結構面弱風化～強風化，整體穩定性差。 與勘察資料相比，此處地質情況較差，但TSP超前地質預報基本上準確的預報到了此處不良地質的位置。在此指導下,施工單位加強了隧道監控量測的頻次，根據拱頂及收斂變形情況，及時調整施工進度及施工工藝，采取了相應加固措施，保證了施工安全。

5 結論

1)TSP超前地質預報系統主要通過波速，密度，泊松比，動靜態楊氏模量等參數對探測面前方地質情況進行預判。

2)通過TSP超前預報系統準確的預判隧道前方不良地質體的位置和規模，可以給施工組織帶來時間上超前性,采用有針對性的處理方法和支護加固手段，有效降低地質災害對隧道施工的影響。

3)TSP203隧道超前預報系統成果解譯具有多樣性，因此預報仍然會出現誤差。想要提高 TSP 超前地質預報的準確性，還應將TSP超前地質預報與野外地質調查，圍巖等級評價緊密結合，考慮其他信息，多種方法、多種手段綜合運用,提高預測精度。

[1] 趙 巖,李術才,薛翊國,等.TSP203預報膠州灣海底隧道f2-1含水斷層的實踐[J].山東大學學報(工學版),2009,39(4)：80-81.

[2] 劉志剛,劉秀峰.TSP(隧道地震勘探)在隧道隧洞超前預報中的應用與發展[J].巖石力學與工程學報,2003,22(8)：73-74.

[3] 曹小軍,王 萌.TSP超前地質預報系統在水平層狀砂泥巖黃土地區的應用[J].鐵道建筑,2011(3)：16-18.

[4] 歐陽旭,吳 立,徐劍波,等.超前地質預報技術在滬昆高速鐵路湖南段中的應用[J].安全與環境工程,2013,20(1)：8-9.

The application of TSP203 advance geological forecast system in loess tunnel

Liu Hui

(ChinaRailwayJinanEngineeringTechnologyLimitedCompany,Jinan250022,China)

Combining with the engineering example, this paper introduced the basic principle of TSP203 tunnel geological exploration, analyzed the solved technical problems of tunnel advance forecast, and compared the forecast results with the actual engineering, verified the application effect of this technology, had certain reference value to similar engineering.

loess tunnel, seismic wave, advance geological forecast

1009-6825(2016)11-0185-02

2016-01-30

劉 輝(1981- )，男，碩士，工程師

U452.11

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