TGP206在庙子梁隧道斜井地质超前预报中的应用

谭 鹏 吴正恺 钱王苹

(1.中铁二局集团有限公司，四川 成都 610031； 2.西南交通大学交通隧道工程教育部重点实验室，四川 成都 610031)

TGP206在庙子梁隧道斜井地质超前预报中的应用

谭 鹏1吴正恺2钱王苹2

(1.中铁二局集团有限公司，四川 成都 610031； 2.西南交通大学交通隧道工程教育部重点实验室，四川 成都 610031)

介绍了TGP206超前地质预报系统的原理和使用方法，同时，结合庙子梁隧道斜井施工实例，阐述了TGP206在隧道地质超前预报中的实用性和有效性，根据现场反馈的地质资料，证明了TGP206超前隧道预报仪具有较好的准确性，能够有效的指导工程施工。

TGP206，超前预报，隧道

0 引言

近些年来，我国公共交通建设规模不断扩大，隧道工程已经成为铁路等大型项目中的重要工程，隧道工程的重要性越来越显著，数量和长度明显增加。相比于其他工程，隧道工程具有复杂性、隐蔽性和不确定性等突出特点，在勘测阶段往往只能完成其中一部分，无法对地质状况进行较为完整的评价，还有较大一部分地质工作，须伴随着隧道施工进行。基于隧道施工的特殊性，超前地质预报技术被提出及应用[1,2]。其中物探法是超前预报手段中最常见的一种方法，以地震波为主结合配套软件分析，从而进行隧道的地质超前预报。本文结合在庙子梁隧道斜井中采用的TGP206预报仪，对隧道地质超前预报进行介绍。

1 工程概况

庙子梁隧道全长5 690.147 m，最大埋深约220 m。地面高程624 m～932 m，相对高差308 m。隧区位于四川龙门山北东向褶皱带之东翼与四川盆地边缘弧形构造带交界处，属构造侵蚀、风化剥蚀中低山区地貌，山岭成北东向展布。上覆第四系全新统坡洪积粉质黏土，坡残积粉质黏土；下伏基岩为侏罗系中统沙溪庙组上段泥岩夹砂岩。单斜构造。隧道围岩以软质岩为主，右侧岩体顺层易坍塌。

2 TGP206原理和方法

地震波预报系统包括仪器主机、配件和处理软件三部分。由仪器主机、配件协作采集现场的地震波数据，然后由处理软件进行后期处理分析，本文使用TGP206系统，该系统是由北京水电物探研究所研究开发而成的，在地下工程及隧道领域得到了广泛的使用，接受了市场的检验，并得到认可。其准确性，便利性与可操作性达到国际领先水平[3]。

TGP206系统由记录单元(主机)、接收单元及附件三部分组成。主机设计防尘、防水、防震，可以在极端恶劣的隧道情况下使用。以高灵敏三分量地震检波器为接受单元，提高设备的精确性。

2.1 预报原理

隧道地震波超前预报原理利用了在不均匀地质体中地震波产生的反射波特性来预报隧道掘进面前方及周边区域的地质情况。一般设计布设24个炮点，由少量炸药激发产生地震波，再利用信号接收器来接收采集数据，当地震波遇到岩石波阻抗差异界面(如断层、破碎带等)，一部分地震信号透射进入前方介质，一部分反射回来，由此产生差异，利用TGP软件后期处理分析，达到预报的目的。炮孔布置如图1所示。

2.2 预报方法

探测之前先进行施工准备，包含技术交底、套管检查、仪器检查、雷管炸药检查这些步骤。观测隧道两侧围岩与掌子面状况并记录。测线应尽量布置在岩体相对较完整的区段，检波器孔、爆破孔与掌子面之间尽量不要有洞室存在。布孔之后记录隧道掌子面的里程，记录每个炮孔的里程位置，接收器位置。

在炮孔中布置炸药卷，为获得较强的振幅信号，须使用高能爆炸材料，炸药的爆破速度应在5 600 m/s以上。隧道预测点不可偏离隧道中线30 m。钻孔之后逐一量取每个孔位的参数，不合格的须重新钻设。有关数据填写在TGP现场数据记录表中。并由专业人员安装接收器。安放雷管并往孔中灌水封孔，连接触发器。确认安全后激发，并采集数据。隧道内其余无关的作业应尽量停止，营造相对平稳的环境[6]。数据采集完毕，检算数据合格，采集数据部分工作结束。

3 TGP206在庙子梁隧道斜井中的应用

3.1 掌子面地质情况

通过在实际的施工现场的观察发现：该掌子面围岩以泥岩夹砂岩为主，局部范围内存在围岩较破碎情况，节理裂隙发育一般，掌子面附近地下水不发育。因此，现场初步判定围岩级别为Ⅲ级。

D4K463+320处掌子面素描图见图2。

3.2 数据采集

通过在现场的预报测试，安排操作人员进行预报的相关操作。在预报测试中，预报的炮孔和接收孔的实际操作布置如下：炮孔布置在隧道洞壁左侧，第一个炮孔距掌子面15 m，炮孔间距设置为1.5 m，共24个；接收孔距最后一个炮孔位置为25 m，左右对称各布置一个接收孔。为了避免操作人员的操作失误而引起预报数据的不准确，采集时逐个进行激发，完成采集[7]。

3.3 探测结果

本次预报里程范围为D4K463+320～D4K463+170段，即预报隧道掌子面前方150 m。

将现场采集的资料传输至计算机，利用TGPwin软件对其数据进行处理，得到同侧原始波形图(见图3)、同侧绕射偏移图(见图4)、同侧反射截面图(见图5)和波速变化图(见图6)[8，9]。

根据隧道地质勘查资料与施工开挖的实际情况并结合本次预报得到的纵波比速度分布图，可将本次预报里程段分为4个主要围岩变化分区段。结合各分段的围岩变化情况，根据预测数据进行分析说明如下：

1)D4K463+320～D4K463+285围岩段：推测该段围岩较掌子面变化不大，围岩岩性较破碎，节理发育一般，地下水不发育。预报围岩级别为Ⅲ级。

2)D4K463+285～D4K463+265围岩段：推测此段围岩岩性较前一段变差，围岩较差，节理较发育，地下水不发育；特别在D4K463+280左右围岩较破碎，施工时要加强注意。预测围岩等级为Ⅲ级，建议施工时注意碎石掉落，注意施工安全，建议及时支护。

3)D4K463+265～D4K463+210围岩段：推测该区段围岩岩性较前段变差，围岩完整性较差，节理发育一般，地下水不发育；在D4K463+242附近围岩岩性变化较大，施工时要加强注意。预测围岩等级为Ⅲ级，施工中应注意岩块从洞顶和边壁掉落。

4)D4K463+210～D4K463+170围岩段：推测该区段岩性较前一段相似，围岩完整性较好，节理一般发育，地下水不发育。预测围岩等级为Ⅲ级，施工中应注意岩块从洞顶和边壁掉落。

总体来说，本预报段内围岩较好，未发现有重大地质病害出现，岩体主要以泥岩夹砂岩为主，该岩体单体强度一般，节理发育一般，地下水一般发育，局部范围围岩较破碎。

4 现场实际状况对比分析

在实际的开挖过程中，对桩号D4K463+320～D4K463+170段的围岩等级进行划分。

1)D4K463+320～D4K463+280围岩段：泥岩夹砂岩，弱风化，节理不发育，围岩等级定为Ⅲ级。

2)D4K463+280～D4K463+200围岩段：泥岩夹砂岩，强风化，岩体样本呈褐黄色、青灰色，局部裂隙较为发育，节理发育一般，围岩等级定为Ⅳ级。

3)D4K463+280～D4K463+200围岩段：泥岩夹砂岩，弱风化，岩体样本呈褐黄色、青灰色，节理一般发育，地下水不发育，围岩等级定为Ⅲ级。

5 结语

结合工程实例的分析可以得出，在实际的隧道工程的施工中,鉴于采用超前地质预报技术，因此进行了成功预警，安全防范措施得当,避免事故的发生和造成人员伤亡,并且对已施工好的隧道结构造成较小的损害,保证了高效施工。

在本隧道工程中，庙子梁隧道斜井的地质情况是以泥岩及砂岩为主，地质变化较为明显，岩石总体较破碎、拱部偶见掉块、局部塌方及围岩滴水等现象。隧道施工中，将TGP206超前预报的技术作为主要预报手段，很好地预报了掌子面开挖前方的地质变化情况，成功的对其进行开挖，未对隧道结构造成大的损害,保证了该工程的施工进度。结合工程目前具体情况分析，预报结果基本能够满足实际施工需要。

[1] 宋先海,顾汉明,肖柏勋.我国隧道地质超前预报技术述评[J].地球物理学进展,2006,21(2):605-613.

[2] 张庆松,李术才,孙克国,等.公路隧道超前地质预报应用现状与技术分析[J].地下空间与工程学报,2008,4(4):766-771.

[3] 刘云祯.TGP隧道地震波预报系统与技术[J].物探与化探,2009，33(2)：170-177.

[4] 刘奕辉.TGP206超前地质预报系统在大王顶隧道中的成功应用[J].公路交通技术,2011(4)：35-37.

[5] HE Chuan，WANG Bo.Research progress and development trends of highway tunnels in China[J].Journal of Modern Transportation，2013,21(4):209-223.

[6] 吴正生.综合地质超前地质预报方法在隧道工程中的应用[J].工程与建设,2011,25(6):764-767.

[7] 王晓川，卢义玉，夏彬伟.超前地质预报在大相岭隧道施工中的应用[J].重庆大学学报,2009(10)：23-25.

[8] 邱兴友,郭新新,胥 杰.TGP隧道地质超前预报仪在断层破碎带探测中的应用[J].工程与建设, 2012,26(6):721-723.

[9] 赵新梅.TGP在云山隧道地质超前预报中的应用[J].山西建筑，2014,40(15):192-194.

On application of TGP206 in the advanced geological forecast for Miaoziliang Tunnel

TAN Peng1WU Zheng-kai2QIAN Wang-ping2

(1.ChinaRailwaySecondBureauGroupCo.,Ltd,Chengdu610031,China;2.CommunicationTunnelEngineeringKeyLabbyMinistryofEducation,SouthwestJiaotongUniversity,Chengdu610031,China)

The paper introduces the principle and using methods for the TGP206 advanced geological forecast, illustrates its practice and effectiveness of TGP206 by combining with the inclined shaft of Miaoziliang Tunnel, and proves the meter has better accuracy according to the geological data from the site feedback, so as to direct the engineering construction.

TGP206, advanced forecast, tunnel

1009-6825(2014)34-0170-03

2014-09-22

谭 鹏(1982- )，男，工程师； 吴正恺(1991- )，男，在读硕士； 钱王苹(1991- )，男，在读硕士

U456.33

A