TSP在公路隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)中的應(yīng)用研究

龍凱

摘 要：隨著我國(guó)綜合國(guó)力不斷提高，基礎(chǔ)建設(shè)也在不斷加快，公路隧道是其中的重要組成部分，我國(guó)每年在建隧道也超過了千座。但是我國(guó)的地質(zhì)條件相對(duì)復(fù)雜，各個(gè)地域的地質(zhì)條件也不相同，所以公路隧道施工的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)有著重要的意義，不僅可以確保施工地質(zhì)條件良好，保障施工安全，還能一定程度地加快施工進(jìn)度。隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)指的就是施工過程中的地質(zhì)勘察，目前常用的方法有地質(zhì)雷達(dá)法和TSP法兩種。基于此，基于此，本文對(duì)TSP超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)進(jìn)行了分析，并提出了實(shí)際的應(yīng)用措施。

關(guān)鍵詞：TSP;公路隧道施工;超前地質(zhì)預(yù)報(bào);應(yīng)用

0 引言

公路隧道施工時(shí)因地質(zhì)條件不明確，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)各類施工安全事故，例如塌方、冒頂、大涌水等較為嚴(yán)重地質(zhì)災(zāi)害，不僅嚴(yán)重影響了施工安全，造成了人員傷害，更帶來了經(jīng)濟(jì)損失，影響著施工進(jìn)度。所以地質(zhì)預(yù)報(bào)至關(guān)重要，和施工安全、施工組織息息相關(guān)，所以對(duì)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的研究一直都是技術(shù)人員致力的方向。相對(duì)來說，水平鉆孔預(yù)報(bào)法的成本較高，并且探測(cè)耗費(fèi)時(shí)間較長(zhǎng)，而地質(zhì)雷達(dá)預(yù)報(bào)法的距離較短，所以TSP地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)的應(yīng)用至關(guān)重要。

1 TSP超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)的概念

TSP超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)是應(yīng)用最為廣泛的地質(zhì)預(yù)報(bào)法，不僅預(yù)報(bào)精準(zhǔn)且距離較長(zhǎng)。實(shí)質(zhì)其實(shí)就是借助了地震波的反射特性，而隧道有著良好的反射條件，所以十分適用。通常情況下，TSP超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)可以預(yù)報(bào)100 m～350 m范圍之內(nèi)地質(zhì)情況，并且在圍巖完整的條件下預(yù)報(bào)長(zhǎng)度也會(huì)有所增加，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)對(duì)隧道施工干擾較小，只需要在施工間隙開展即可，耗時(shí)較短，信號(hào)接收器和炮孔和施工面不在一起，所以不會(huì)影響隧道掘進(jìn)施工，只是在接受預(yù)報(bào)信號(hào)時(shí)需要暫緩施工即可，局限性較低，所以應(yīng)用起來較為高效[1]。

2 TSP超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)在公路隧道中的應(yīng)用

2.1 TSP基本原理

TSP的原理其實(shí)不難理解，就是在隧道內(nèi)進(jìn)行鉆孔，然后在鉆孔內(nèi)進(jìn)行小型爆破，借助地震波的傳播、反射來實(shí)現(xiàn)地質(zhì)情況預(yù)報(bào)。地震波發(fā)出后，會(huì)向四周擴(kuò)散開來，向前方傳播也是一定的，地震波碰到反射面后反射回來，起爆位置的接收器就能接收反射信號(hào)，通過對(duì)信號(hào)的整合處理，就實(shí)現(xiàn)了地質(zhì)情況的預(yù)報(bào)。地震波的傳播有跡可循，傳播的速度、距離、時(shí)間等都有著規(guī)律性聯(lián)系，借助反射時(shí)間、地震波傳播速度，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)反射面的判斷，從而檢測(cè)出巖石性質(zhì)，從而為掘進(jìn)施工提供參考。

2.2 TSP測(cè)量方法的理論基礎(chǔ)

微型引爆同樣會(huì)發(fā)出強(qiáng)烈的地震波，沿著不同方向、路徑進(jìn)行傳播，而傳感器接受反射波、直達(dá)波等，就能進(jìn)行地質(zhì)情況的推斷。TSP超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)的第一步應(yīng)試計(jì)算地震波傳播速度VP，直達(dá)縱波的傳播時(shí)間為T1（s）和爆破孔和傳感器之間距離為X1（m）進(jìn)行計(jì)算，VP=X1/T1。就可以精確地計(jì)算地震波傳播速度，然后借助耗費(fèi)時(shí)間來推斷反射面與傳感器距離、隧道端面距離。但目前來說，振動(dòng)測(cè)量已經(jīng)不是問題，但反射波的傳播時(shí)間計(jì)算還有著一定阻礙，因?yàn)榈卣鸩òl(fā)射后產(chǎn)生了大量的反射波，包括直達(dá)波等干擾信號(hào)，并且反射波的振幅相對(duì)較小，即和反射界面的距離有關(guān)，也取決于地震波在反射面的反射系數(shù)，所以不易探查。

2.3 TSP在公路隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)中的應(yīng)用

2.3.1 數(shù)據(jù)采集

首先，結(jié)合預(yù)報(bào)地質(zhì)斷層結(jié)構(gòu)，科學(xué)布置爆破鉆孔，可以將爆破鉆孔布置在斷層夾角較小的一側(cè)，如果預(yù)報(bào)巖溶需要在隧道兩側(cè)布置爆破鉆孔[2]。采用左壁鉆孔或右壁鉆孔要結(jié)合巖層走向和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際來決定。

2.3.2 裝藥及起爆準(zhǔn)備

裝藥和起爆準(zhǔn)備是關(guān)鍵性環(huán)節(jié)，應(yīng)嚴(yán)格落實(shí)《爆破安全規(guī)程》，應(yīng)用瞬爆電雷管進(jìn)行起爆。乳化炸藥量應(yīng)控制在50 g～75 g之間，炸藥和炮孔用水耦合，確保二者的嚴(yán)密性。要做好雷管、炸藥、鋼卷尺、黃油等必需品的準(zhǔn)備，需在爆破前充足準(zhǔn)備，以確保超前預(yù)報(bào)的及時(shí)性。

2.3.3 接收器鉆孔布置

接收器鉆孔的布置也有著明確要求，距離掌子面約55 mm，最好在隧道兩壁都安裝接收器，以確保信號(hào)接受良好，將接收器和炮孔安置在相同高度，鉆孔深度為2 m，孔徑在42 mm～45 mm之間，結(jié)合實(shí)際的耦合材料決定接收孔的朝向，如果采用環(huán)氧樹脂進(jìn)行耦合，就需要上傾接收器孔，采用水泥砂漿則將接收器孔下傾。在傳感器孔、爆破孔都鉆設(shè)好后，應(yīng)由測(cè)量部門精確測(cè)量孔位坐標(biāo)，并測(cè)量空位角度和深度，進(jìn)行實(shí)時(shí)的記錄。

2.3.4 接收器套管埋置和爆破孔裝藥

傳感器孔鉆設(shè)成功后應(yīng)立即加入環(huán)氧樹脂，以確保凝結(jié)牢固良好，將套管埋入孔中。爆破孔亦是如此，鉆好后立即安裝炸藥、連接瞬發(fā)電雷管。準(zhǔn)備工作不影響隧道施工，但在進(jìn)行預(yù)報(bào)檢測(cè)時(shí)則要暫緩施工，因?yàn)樵胍魰?huì)干擾信號(hào)的獲取，只有降低噪音才能確保信號(hào)獲取的精準(zhǔn)性。并且為了確保測(cè)試精度，應(yīng)確保全方位停工，明確好預(yù)報(bào)時(shí)間。

2.3.5 TSP數(shù)據(jù)處理

將采集的數(shù)據(jù)借助TSPwin專用軟件進(jìn)行分析，輸入隧道起爆點(diǎn)、接收點(diǎn)的參數(shù)，并去除質(zhì)量差的數(shù)據(jù)，將合格的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析[3]。通過一系列的分析處理后，得到地質(zhì)反射層的相關(guān)數(shù)據(jù)，最終處理結(jié)果得到P波、SH波、提取的反射層、巖石物理力學(xué)參數(shù)等。反射的振幅強(qiáng)，反射系數(shù)、波阻抗的差別也就越大，正反射振幅意味著剛性巖層，負(fù)反射振幅意味著軟弱巖層，在進(jìn)行反射振幅的比較時(shí)需格外小心，因?yàn)槿菀资艿街車胍舻挠绊憽?/p>

2.3.6 工程實(shí)例

青海加西公路JX-1標(biāo)石羊嶺隧道位于青海省互助土族自治縣，起點(diǎn)位于加定鎮(zhèn)下麻久村，終點(diǎn)位于青崗峽，為分離式隧道，凈空10.25*5.0 m。隧道左線起迄里程為ZK0+548～ZK2+370，總長(zhǎng)1 822 m;右線隧道起迄里程為K0+585～K2+381，總長(zhǎng)1 796 m，其中ZK1+050～ZK1+100/K0+970～K1+060穿越卵石土層，全線采用TSP超前地質(zhì)預(yù)報(bào)進(jìn)行探測(cè)。

2.4 TSP在公路隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)中應(yīng)用的注意事項(xiàng)

TPS方法屬于多波多分量高分辨率的地震反射法，通常情況下都采取高爆速炸藥，有條件時(shí)應(yīng)用“黑索金”或一級(jí)巖石乳化炸藥進(jìn)行爆破，并確保炮孔深度、傾斜度，套管錨固應(yīng)良好，如果套管尾部有晃動(dòng)的跡象，就會(huì)影響勘察數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，可以利用夾石片固定套管，或是將其插入水泥漿中，盡可能減少套管外露部分，以免爆破對(duì)其造成影響。現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)驗(yàn)過程中，炮眼通常采取“水封”的方式，確保滿水引爆。實(shí)踐過程中證明，TSP公路隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)結(jié)合和實(shí)際的開挖情況符合，勘察的精準(zhǔn)性良好，并且TSP也能識(shí)別出水形態(tài)。

TSP的應(yīng)用相對(duì)較為復(fù)雜，但預(yù)報(bào)距離較長(zhǎng)且效果良好，能精準(zhǔn)的預(yù)報(bào)隧道圍巖情況，但是分辨率卻有所不足，對(duì)小型溶洞、破碎帶的位置預(yù)報(bào)不夠精確，裂隙水的預(yù)報(bào)也和實(shí)際情況有所差距。所以采用TSP法進(jìn)行隧道地質(zhì)預(yù)報(bào)時(shí)，地質(zhì)條件較差的預(yù)報(bào)位置和實(shí)際位置會(huì)有所偏差，但也處在可控的范圍之內(nèi)，可以為施工提供有力參考。

3 結(jié)束語

綜上所述，TSP超前地質(zhì)預(yù)測(cè)技術(shù)是新型的探測(cè)方法，有著較強(qiáng)的實(shí)效性，并且局限性較小，在實(shí)際的公路隧道工程中，將TSP超前地質(zhì)預(yù)報(bào)和地質(zhì)雷達(dá)結(jié)合應(yīng)用，能顯著提高預(yù)報(bào)精度和預(yù)報(bào)距離，為隧道施工提供可靠的地質(zhì)條件，有效地降低了施工的盲目性，也就減少了施工事故，保障了施工周期，為施工質(zhì)量和施工安全提供了保證。

參考文獻(xiàn)：

[1]王進(jìn).地質(zhì)雷達(dá)在公路隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)中的應(yīng)用[J].建筑技術(shù)開發(fā)，2020（24）：68-69.

[2]黃侃.地質(zhì)雷達(dá)與TSP在公路隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)中的應(yīng)用[D].東南大學(xué)，2016.

[3]王登鋒.TSP在廣大線下莊1號(hào)隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)中的應(yīng)用研究[D].西南交通大學(xué)，2016.