關于TST技術在TBM掘進隧洞超前地質預報中的應用

李忠洪

重慶化工職業學院（401228）

研究隧道位于巴基斯坦的東北部，為某水電站引水發電隧道，隧道全長為28.6km。該隧道距離地表的深度為500～1900m，屬于深埋長隧道。隧道圍巖屬于第三系巖層，主要巖石類型是砂巖以及泥質軟巖，砂巖洞段約占40%，砂巖與泥質軟巖互層段占60%。砂巖以淺灰色和青灰色為主，風化程度在強風化～微風化之間，強度較高；泥質軟巖呈現出紅色和黃色，強度總體較低，易破碎。物探檢測表明，砂巖的波速大于泥巖及砂巖泥巖互層波速。鑒于本隧洞處于較硬的砂巖、泥巖層，并有砂巖與泥巖互層的情況，因此采用TST超前地質預報技術是必要的。

1 基本原理

采用TST技術對隧道圍巖情況進行超前預報時，需要利用以下系統：隧道檢測斷面儀器空間布置系統、地震波激發系統、信號接收系統。產生地震波是檢測預報的第一步，地震波在傳播中穿透巖性分界面、斷層破裂帶、裂隙密集帶等，這些界面都屬于巖體當中的波阻抗變化界面。在經歷以上這些波阻變化界面之后，部分地震波就會被散射回來，然后相關操作人員通過這些散射信號在介質當中傳播的時間及與散射界面之間的距離，通過對各項數據進行分析，得到不同巖層當中的具體地質情況。一般情況下，散射信號傳播時間與散射界面之間的距離成正比關系，所以在使用地震波接收器對波速進行獲取之后，計算出隧洞附近巖性分界面、斷層、影響帶的情況，最終判定出不良地質體的位置及其規模。在對隧洞散射地震成像技術收集到的數據進行處理時，可以對非地震回波進行有效的判別及過濾，然后直接將掌子面前方巖體的波速及不良地質體的位置通過圖像進行準確的呈現。

2 觀測系統及參數選擇

該引水發電隧道的直徑為8.53m。測試區域的巖體地震波主頻率為300Hz左右，波長為10m。在實際測量之前，整個觀測系統的布置必須要遵循以下要求：首先，總的觀測長度必須大于或等于兩個波長以上；其次，每兩個檢波點之間的距離必須要大于或者等于1/4個波長；然后，每兩個激發點之間的距離必須要等于6個檢波點之間的距離；最后，觀測系統檢測的寬度必須要大于或等于1/10的預報距離。按照以上要求，最終觀測系統的布置參數為：設置6個激發點、12個檢波點，總的測試長度設置為54m，總的測試寬度為12.5m，每兩個激發點之間的距離為18m，每兩個檢波點之間的距離為3m。

3 數據處理及解譯

檢測系統布置完成后，緊接著是對信號進行預處理，對波場進行分離，進行速度掃描成像，然后對最終收集到的數據進行綜合解釋，最后進行報告的編寫，完成整個隧洞散射地震成像技術的使用。

通過解譯獲得了所測洞段的地震波偏移圖像，經過對這些圖像進行分析，可以判斷樁號9+678～9+664、9+658～9+638、9+623～9+615、9+610～9+595、9+595～9+578的圍巖都存在不穩定的情況，同時也有可能存在不良地質體。所以在使用全斷面隧道掘進機施工時，必須要對掘進機的參數進行重新調整，并制訂出科學合理的事故預防措施。地震波速度曲線顯示出樁號9+652～9+605段的波速明顯大于3 500m/s，基本可以認定該樁附近為較硬的砂巖。在檢測到9+678～9+652及9+605～9+578這兩段隧道時，波速較低，判斷應屬泥巖或砂泥巖互層。

4 結語

一般情況下，開挖隧道前，都會對地質情況進行收集，根據地質分析成果來進行綜合的解釋，然后通過地震波偏移圖像、開挖掌子面前方巖體地質特征為隧道開挖提供指導。通過對比巴基斯坦某深埋長隧道9+678～9+578段使用隧道散射地震成像技術進行檢測所獲得的預報成果，可以發現預報成果的數據與超前水平鉆探結果、TBM推力、貫入度參數大小及開挖后地質編錄成果等指標之間的數據幾乎相同，也就是說使用隧道散射地震成像技術對隧道開挖斷面分析，能夠獲得較為真實可靠的數據，也比較符合客觀地質的實際情況。因此對該技術進行有效的使用，能夠在一定程度上加快隧道工程開挖進程，并保障隧道施工人員的生命安全。