公路隧道超前地質預報應用技術研究

李學華　康創　張春喜

【摘 要】為對TSP地震波反射法進行研究，以便進一步指導隧道超前地質預報的準確實施，本文首先對現有超前地質預報方法的優缺點進行了概括總結，接著采用TSP法對云南某隧道出口ZK34+089～ZK33+980段進行了超前地質預報。對于指導地質情況類似的隧道掌子面施工具有重大意義。

【關鍵詞】超前地質預報;隧道;TSP;掌子面

中圖分類號： U452.11文獻標識碼： A文章編號： 2095-2457（2019）21-0006-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.21.002

0 引言

近年來，我國公路建設又迎來了一次建設高潮，尤其是高速公路的建設[1]。在我國西南省份公路建設的一大難題就是公路隧道，在一些地形條件和地質構造復雜的地區，不良地質體、斷層帶、地下水豐富等又增加了隧道的施工難度[2]。在進行隧道施工時若沒有及時的對掌子面前方進行不良地質體預報，很容易就會出現坍塌、突水突泥等災害。相關研究表明，準確的超前地質預報對于指導隧道的安全施工具有舉足輕重的作用[3]。國內外隧道施工過程時，掌子面的超前地質預報都被化為一個十分重要的環節，可見超前地質預報對于指導隧道掌子面施工具有重大意義[4]。

TSP法超前預報是上世紀90年代瑞士安伯格公司研發的隧道地震預報系統，近年來逐步得到推廣應用。對TSP超前預報的研究不僅可以提高實際應用的精確性，也可更加貼合實際的指導施工，避免不必要的生產事故發生，同時可以增加相同圍巖狀態下掌子面的施工經驗[5-7]。本文為對隧道超前地質預報進行研究，對現有超前地質方法進行了概括總結，同時采用TSP法對云南某隧道出口ZK34+089～ZK33+980段進行了超前地質預報，為隧道施工支護提供了科學的技術依據，同時大大降低了隧道施工的風險，對于指導同類隧道施工具有重大意義。本文僅采用了地質雷達法進行了地質預報，在實際施工過程中，為更加準確的預報地質信息，還應結合現場其他勘測信息。

1 超前地質預報概述

1.1 超前地質預報主要內容

隧道超前地質預報主要是預測隧道掌子面前方圍巖的地質狀況、不良地質體的方位、圍巖性狀、水文狀況等信息，并以此來判斷隧道圍巖級別，為隧道施工支護提供技術依據、防止可能出現的工程險情、確保合理的施工措施，指導隧道安全施工，降低施工過程中遇到的風險，力求隧道施工更加科學合理，降低風險的同時以便更好的服務隧道施工[8]。

1.2 超前地質預報主要方法

我國隧道超前地質預報目前主要采用地質調查法、地震波反射法（TSP）、紅外探測、超前地質鉆探、電磁波反射法（地質雷達）、加深炮孔探測、陸地聲納法七種方法[9-11]。本文從其主要內容、優缺點、適用范圍進行了概括總結，以便更好的指導隧道施工，詳見上表1。

由上表1可以看出，可依據隧道的不同圍巖特性，選擇適合超前預報措施，以便可以更好的指導隧道施工。本文結合云南省某某隧道的圍巖性質，擬采用TSP地震波反射法對其進行超前預報，以便更好的指導現場施工。

2 工程應用

該隧道為分離式隧道，左幅起止樁號為ZK24+915～ZK34+785，左幅長9870m。出口左幅ZK34+089～ZK33+980段設計圍巖等級為Ⅳ級，該段圍巖節理裂隙較發育，巖體較完整且穩定性較好。擬采用TSP法對該段圍巖進行超前地質預報，以便指導隧道掌子面施工。

2.1 現場檢測及分析

現場采用為AmbergMeasuringTechnique公司生產的TSP203型地質超前預報儀，現場掌子面樁號為ZK34+089，在ZK34+145左右兩側邊墻上分別布置接收器2、1，距第1炮點14.7m;在ZK34+130.3～ZK34+097線路右側邊墻上布置24 炮孔，炮孔間距1.0m～3.0m，孔深為1.3m左右，S24距離掌子面8m左右，炮點布置詳見圖1。

現場掌子面采用兩臺階開挖，掌子面穩定性較好，需及時支護。開挖掌子面潮濕，揭露圍巖為灰白色英安巖， 巖性為堅硬巖，弱風化，富水性較弱，圍巖整體完整性較好，以構造型節理或層面為主，多呈塊狀，結合面中等發育，結合面好，整體穩定性稍好，掌子面照片見圖2。

2.2 檢測結果及分析

檢測過程中，實際激發并采集地震數據24炮，但只有23炮有效。利用TSPwin軟件對所采集的數據進行處理，得到P 波、SH 波、SV 波的時間剖面、深度偏移剖面和反射層提取以及巖體物理及力學參數等成果（圖3～圖5）。

利用TSPwin軟件通過反演數值計算得出的圍巖參數如表2所示。

通過圖3～圖5以及表2可以得出隧道掌子面ZK34+089～ZK33+980段的圍巖狀況：ZK34+089～ZK34+044段圍巖縱波波速、橫波波速、泊松比值較為穩定，動態楊氏模量等物性參數稍微降低;強反射界面及繞射異常密集。該段圍巖與已開挖段近似，預測出露巖性應為英安巖，中厚層狀，地層單斜。ZK34+044～ZK34+010段縱橫波波速降低，泊松比值降低、動態楊氏模量等物性參數值降低。該段圍巖物性較上一段稍有變好的趨勢，預測出露巖性仍為英安巖，中風化，中厚層狀為主，地層單斜，繼續存在順層偏壓問題，節理較發育，巖體較破碎，局部可能有褶曲和小型斷層等次生構造發育。ZK34+010～ZK33+980段縱波波速上升、橫波波速變化不大，泊松比值上升，動態楊氏模量等物性參數略微降低;強反射界面及繞射異常不密集。該段圍巖較已開挖段好，預測出露巖性應為英安巖，巨塊狀，地層單斜。

依據現行設計規范要求，可以預測ZK34+089～ZK34+980段圍巖狀況：節理裂隙較發育，巖體較完整，呈塊狀結構，圍巖整體穩定性較好，結構面不發育，地下水不豐富，可以按照Ⅳ級圍巖施工。

3 小結

本文對現有超前地質預報常用方法進行了概括總結，并采用TSP法進行了實際工程應用，可以發現TSP法可以較為準確的預報前方掌子面的圍巖狀況，對于指導圍巖情況較為復雜的隧道具有重要意義。目前我國超前地質預報還處于探索階段，相應技術仍待完善。

【參考文獻】

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