TGP206隧道地震波預報系統在某隧道施工中的運用與探討

0 引言

隧道的發展趨勢是隧道越修越長、越修越寬，穿越的地質越來越復雜。地質超前預報對隧道能否安全施工，以及施工期間圍巖的準確評定起著關鍵作用[1-2]。2009年，劉云禎[3-4]提出TGP隧道地震波預報系統與技術，并將其運用到隧道超前地質預報中。2011年，劉奕輝[5]將TGP206超前地質預報系統運用于大王頂隧道中的超前地質預報，取得較好的效果。2012年，王曉川等[6]基于TGP預報系統探測原理及使用過程中存在的問題，結合工程應用的反饋，提出誤差的解決措施，增加TGP預報系統數據信息解釋的準確性和可靠性。2012年，陳中學等[7]將TGP成功運用于隧道的巖溶預報中。

重慶市兩江新區一橫線上某隧道左線長905m，右線長902m，洞身地面山體穩定，地層分布連續，無斷層破碎帶，圍巖巖性為泥巖、砂巖，巖體較完整，巖體呈中厚層狀、裂隙不發育，圍巖穩定性較好。隧道圍巖主要是IV、V級圍巖，其中進、出口段為V級圍巖，洞身為IV級圍巖。

1 TGP隧道地震波預報系統

1.1 預報原理

隧道地震波超前預報原理是利用地震反射波和繞射波原理，對隧道掌子面前方的地質條件進行探測（圖1）。地震波在三維空間傳播過程中，遇到聲阻抗界面產生反射波。設備采集隧道圍巖中界面的反射波，通過數據處理提取反射波的界面位置、空間分布、反射波極性和能量等信息，并綜合分析隧道地質勘察資料，達到預報隧道掌子面前方地質情況的目的。

圖1 隧道地震波反射探測原理

1.2 預報方法

預報檢測時掌子面里程為YK12+565；在洞壁左側布置激發孔，激發孔的起止里程為YK12+585～YK12+625，共布置21個激發炮孔，激發孔的間距為2m，距地面的高度為1.5m，炮孔深度約為2m。炸藥量控制在50g左右，各孔藥量一致。

在里程為YK12+645位置處左、右壁對稱各布置一個接收孔，接收孔距離掌子面80m。在接收孔中放置接收探頭，接收探頭采用黃油與圍巖耦合。

近些年，隨著我國經濟水平不斷發展，工業體系及工業技術不斷完善，自動化技術在許多領域都得到了應用，機械自動化對我國工業生產以及經濟發展都起到了舉足輕重的作用，但由于我國工業發展起步較晚，工業基礎比較薄弱，在很多方面都與西方發達國家有著較大的差距，在地區分布上還存在著地區發展不平衡的問題。工業自動化發展較快的城市主要分布在沿海地區，并且數量逐步向內陸遞減。

圖2 同側地震波三分量波形圖

圖3 同側三波波型合成位圖

圖4 預測反射界面圖示（成果圖）

2 測試結果

2.1 掌子面地質情況

掌子面里程樁號為YK12+565，掌子面圍巖為砂質泥巖，巖體較完整，節理裂隙不發育，地下水不發育，圍巖等級初定為IV級。

軍莊鎮位于北京市門頭溝區東部，面積為33.47 km2，北與海淀區、東與石景山區相鄰，南、西分別與本區龍泉鎮、妙峰山鎮接壤.軍莊鎮距離北京市昌平區、豐臺區、房山區直線距離均不足20 km，距北京城區僅25 km，地理位置十分優越.軍莊鎮雖然鎮域面積不大，但地層種類較多，出露較好，主要為古生界奧陶系、石炭系和二疊系地層.在軍莊鎮中部不到11.5 km2的區域內，集中了沉積巖、火成巖以及巖溶地貌、斷層、褶皺、地層不整合接觸面等多種地質地貌現象，地質遺跡非常豐富(圖1).

2.2 超前地質預報結果

周所長令小張快去找到這兩個人。大約一刻鐘后，這兩個搬運工被惶恐不安地帶到值班室。當他們聽說自己就是抬著裝尸體的紙箱去寄存的時候，嚇得渾身都在打擺子。這起案子已經鬧得全城皆知，他們做夢也沒有想到這具尸體會是經自己之手寄存的。他們努力回憶那天的情況。老趙說：“客人有時讓我們代辦寄存的情況雖然不是很多，但有時也有。那天那個客人好像是通過電話直接打到服務臺，然后服務臺通知我們到停車場的。”

經過TGP專業軟件計算得出檢測段圍巖參數為：縱波速度Vp=2870m/s；橫波速度Vsh=1140m/s；泊松比為0.406；彈性模量Ed=8294MPa；剪切模量Gd=2949MPa；巖體密度為2.27t/m？。并參照已經開挖的隧道圍巖情況進行綜合預報分析，預報分析結果如下：

（1）TGP206地震波預報系統在隧道掌子面前方150m范圍內地質情況，預報結果較可靠。

YK12+515～YK12+505范圍，出現負反射，縱波波速降低，降低端長度為10m，推斷節理裂隙發育、軟弱夾層。

實際施工過程中，隧道YK12+565～YK12+480里程范圍內，隧道圍巖與預報時掌子面情況類似，圍巖等級初定為IV級。隧道里程樁號YK12+480～YK12+435范圍內，節理裂隙較預報掌子面處較發育，圍巖初定為V級。該次超前預報所獲得的結論與實際情況較符合。隧道右線于2013年6月19日順利貫通，隧道施工過程中，TGP206作為主要的超前預報手段取得良好的效果。

YK12+485～YK12+415段，在樁號里程YK12+505位置出現縱波的負反射，由縱波偏移圖可見隧道比激發段要差，節理裂隙發育，圍巖穩定性差。

（2）TGP206地震預報系統在圍巖等級發生變化時情況，預報結果較準確。

2.3 預報結果驗證

隧道設計圖紙中隧道圍巖情況為：隧道里程YK12+443.80～YK12+565段圍巖為泥巖，節理裂隙不發育，圍巖等級為IV級。隧道里程YK12+435～YK12+443.80段圍巖以泥巖為主，為軟巖，節理裂隙較發育，圍巖穩定性差，圍巖等級為V級。

YK12+505～YK12+485范圍，縱、橫波波速明顯上升、恢復至2870m/s的水平，推斷該范圍內隧道圍巖與已經開挖的掌子面處的巖體基本一致。

現場采集的TGP地震波數據，通過TGP專業軟件進行處理。分析處理得出隧道同側三波（P波、SH波、SV波）波形圖和合成位圖，如圖2、圖3所示；隧道兩側的綜合反射界面預報成果圖，如圖4所示。

3 結論及討論

3.1 結論

通過對TGP206地震波預報系統在某隧道中的預報結果與隧道工程實際開挖后圍巖情況對比分析，可以得到以下結論：

YK12+565～YK12+515范圍內，圍巖與激發段圍巖類似，為泥巖，節理裂隙不發育。

河水彎彎，堤岸轉向深處，也更加幽靜。在一棵大樹下，他們并肩坐下。凝視清澈的河水，聞到女人的體香，蔣浩德有點神魂顛倒。他給紫云準備了一件禮物，純天然蠶絲連衣裙，探探心意：“紫云啊，上次讓你受累了，買件衣服送你。”

a）同側b）對側

3.2 討論

由于隧道圍巖和現場條件各不相同，采集到數據信息差別較大，再加上從業人員的參差不齊，使得TGP206地震波預報系統在隧道超前地質預報中的預報結果存在一定誤差。為提高其預報結果的準確性，筆者認為應加強以下方面的工作：

本次入組的36例均來自南京醫科大學第二附屬醫院康復科和神經內科收治的患者,15名女性,21例男性,年齡在35歲到60歲之間,平均年齡52歲。將患者按入院順序依次編號,隨機分為A、B二組,每組18例。病程0.5~6.5個月,平均病程為2個月,其中腦出血病人16例,腦梗死病人20例?；颊吒黜棓祿鶡o統計學意義。

（1）在進行隧道超前預報前，應深入研究隧道工程地質設計說明，了解隧道將穿越巖性、地層產狀及分布以及存在的特殊地質問題和主要地質病害，做到有的放矢。此外，在現場進行數據采集時，也應加強對已開挖隧道段和掌子面圍巖地質情況的觀測。

大數據、算法等計算機技術是人類取得的先進技術，我們當然需要正視和積極利用這些先進技術，但同時我們也仍然需要看到抽樣技術的價值。至少到目前為止，抽樣問卷調查仍然沒有被廢棄，我們要善于學習和掌握抽樣技術。

（2）做好現場數據的采集?，F場激發孔與接收孔終孔前需要進行沖孔，以保證其有效深度。每次激發時的炸藥應推至孔底，孔內灌滿水后進行激發。TGP接收探頭務必與圍巖密切耦合，以免影響地震波初至的時間。

（3）數據處理過程中，特別注意區分有效波和干擾波。干擾波主要有管波、外界脈沖信號干擾波、電流干擾波等，它是影響預報準確性的關鍵因素，而在現場數據采集過程中，往往無法保證每次均能夠及時消除干擾因素，因此數據處理過程中，應根據不同干擾波的特征進行清除，以提高預報的準確性。