TGP206隧道地質超前預報儀在灰嘎隧道隧道建設中的應用

李美娛

（浙江交科工程檢測有限公司，浙江杭州310012）

在改革開放不斷深入的過程中，國內經濟一直保持在較高的增速，同樣的，國家對于交通基礎設施的建設投入也迅速增加。大量的長大的高速公路在建設過程中不免穿越一些特殊的地層構造，在施工中對前方地層情況掌握不準確的情況下，很容易發生突泥突水甚至坍落的工程安全問題。超前地質預報是針對隧道掌子面前方圍巖情況進行預判的一種重要的監測手段，根據相應的地質預報結果和現場周邊的地質情況，可以及時地對圍巖的級別以及相應的設計參數進行調整，保證施工過程的安全穩定。本文采用TGP206超前預報方法，對攀大高速公路灰嘎隧道開展了超前地質預報［1-2］。

1 工程概況

灰嘎隧道右線K28+516～K33+232，長4716m，最大埋深524m，設計路面標高1233.70～1307.52m。

隧址區在區域位于川西南高山峽谷區，場區則屬于中山構造剝蝕地貌，隧道軸線左側山峰最高點地面高程約為1998.5m，場地北側隧道出口附近灰嘎溝溝谷高程約1200m，相對高差798.5m。隧址區山嶺兩側各發育一條較大的沖、溪溝，一條為灰力蘇溝，位于進口段，總體走向約102°，長約4.2km，屬“V”型溝谷，沖溝底寬10～15m，上游由眾多樹枝狀支溝匯集而成，縱坡一般5°～10°，下游縱坡2°～5°，最終匯入紅巖村主溝，兩岸橫坡一般25°～35°，該沖溝有季節性水流，雨季受大氣降水補給，沖溝有水，旱季時則無水。另一條發育的溪溝為灰嘎溝，位于出口段，總體走向約5°，長約8.5km，上游由眾多樹枝狀“V”型支溝匯集而成，下游為寬緩的“U”型溝谷，溪溝底寬10～20m，縱坡一般2°～5°，兩岸橫坡25°～40°，最終匯入金沙江，溝內常流水，水量受季節影響變化大。

隧址區內出露地層主要有新生界第四系全新統崩坡積層，坡洪積層、沖洪積層、滑坡堆積層及中生界侏羅系下統馮家河組、三疊系上統大箐組上段。

本次灰嘎隧道右線進口超前地質預報掌子面里程為K28+604，洞口地段有厚2.50～6.40m的塊石土覆蓋層，下伏為泥砂巖互層夾炭質頁巖，巖層總體傾坡內，為逆向交結斜坡，長大外傾節理不發育，下伏巖體無向坡外滑移條件。洞口后側斜坡以前崩坡積碎石為主，未見滑移、拉裂、變形跡象，斜坡整體穩定。地下水較豐富，圍巖級別為Ⅴ級。掌子面素描如圖1所示。

圖1 K28+604處掌子面素描圖

2 TGP206超前地質預報系統原理

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［3-4］。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，炮孔布置見圖2。在炮孔段的傳播速度,各構造面之間巖體的速度是綜合界面反射獲得的“估算速度”,不是隧道圍巖的真速度,應用中結合反射點偏離隧道軸線距離的遠近和巖體的各項異性分布綜合考慮使用。

圖2 炮孔布置圖［5］

3 TGP成果解釋

灰嘎隧道右線K28+604～K28+704段TGP法反射層位及物理力學參數等成果圖，如圖3所示的三分量波形圖。從圖3可見，同側X、Y、Z分量直達波明顯，縱橫波分明，各道相關性較好。因此，本次采集到的原始數據質量較好，可靠性較高，可進一步處理、解釋［6］。

圖3 同側原始波形圖

同側縱波偏移成像如圖4～圖5所示。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，可將本次預報里程段分為3個主要圍巖變化分區段，這里結合圖1～圖5就各分段的圍巖變化情況分析說明如下：

（1）K28+604～K28+634圍巖段，長度約30m：縱波波速較為平緩穩定，在K28+634附近縱波波速出現明顯的波動上升，橫波波速基本無變化，縱波繞射波呈現較強的冷暖交替變化，縱波有反射，橫波基本無反射；在區段中部縱波有小波動，推測該段圍巖條件較掌子面無明顯的變化，但是在K6+624和K6+627附近有可能存在巖層薄弱面，該段為塊石粉質粘土，層間結合差，受構造影響強烈，巖體碎裂結構為主，有少量基巖裂隙、孔隙水；注意施工安全，建議及時支護，預測該段圍巖等級為V級。

（2）K28+634～K28+681圍巖段，長度約47m：縱波波速逐漸上升，橫波波速基本無變化，繞射波呈現較強的冷暖交替變化，縱波反射明顯，橫波基本無反射。推測此段圍巖巖性較前一段變差，圍巖存在較多的軟弱破碎面，圍巖較差，節理發育，地下水較發育；特別在+640，+662，+681左右圍巖較破碎，施工時要加強注意。預測圍巖等級為V級偏差，建議施工時注意碎石掉落，注意施工安全，建議及時支護。

（3）K28+681～K28+704圍巖段，長度約23m：縱波波速沒有明顯變化，橫波波速基本穩定，縱、橫波均無反射，繞射波整體較為均勻。推測該區段圍巖巖性較前段無明顯變化，圍巖完整性較前段無明顯變化，節理發育一般，地下水發育。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。

總體來說，本預報段內圍巖較差，未發現有重大地質病害出現，巖體主要以含塊石粉質粘土為主，該巖體單體強度較差，節理發育，地下水較發育，局部范圍圍巖較破碎。本預報段內圍巖級別推定：K28+604～K28+704為Ⅴ級。

圖4 同側繞射偏移圖

本次TGP超前地質預報結束后，為了驗證預報是否準確，對隧道實際開挖情況進行了跟蹤，并對開挖后圍巖的實際地質情況進行了及時反饋。開挖結果表明，在K28+662位置圍巖節理裂隙發育，巖體破碎，地下水豐富。開挖結果與之前TGP預報結果相吻合。

圖5 同側反射界面圖

4 結論與討論

在灰嘎隧道案例中，實際開挖過程顯示：開挖進行到K28+662附近時，圍巖破碎程度開始增加，穩定性較差，并且在該區域附近出現了局部涌水現象但是涌水量較小。在現場情況與地質預報情況對比后發現與實際情況基本符合，有效地對施工起到了指導作用［7］。

隧道的地質超前預報TGP206系統是一種較為安全成熟的探測技術,它通過地震波在隧道圍巖中的傳播對掌子面前方的巖性進行合理的評估，是一種間接無損檢測的有效方式;該系統在操作過程中較為方面快捷，對施工進程的影響不大，同時根據獲得數據進行分析，得到前方圍巖的可靠評估，從而能夠有效地減少在施工過程中可能遇到的工程地質問題，對于隧道的施工安全和施工成本起到了非常重要的作用［8-9］。

但是由于現場地質條件的復雜性以及技術能力的有限性,其探測精度不可能是完全準確的。因此為了提高TGP206系統的預測精度，需要不斷積累經驗，避免受到現場噪音的影響，還需要結合其他多種探測手段的結果,將其他物探方法得到的結果進行比較驗證,同時必須參考隧道的詳勘資料，從而取得最佳的預報效果、積極指導施工。