TSP地质超前预报在杨房沟水电站上坝交通洞中的应用

李　饶，　崔 伟 杰，　罗 诗 怡

(1.雅砻江流域水电开发有限公司，四川 成都　610051；2.四川大学水利水电学院，四川 成都　610065)



TSP地质超前预报在杨房沟水电站上坝交通洞中的应用

李饶1，崔 伟 杰1，罗 诗 怡2

(1.雅砻江流域水电开发有限公司，四川 成都610051；2.四川大学水利水电学院，四川 成都610065)

摘要：TSP地质超前预报是水电工程中探明隧洞掌子面前未知地质条件的重要辅助手段，它在施工过程中为隧道支护参数的调整、隧洞洞线的设计优化提供了强有力理论依据，同时有效的降低了隧洞开挖过程中安全事故的发生，提供工程施工进度，降低施工成本，值得推广。

关键词：杨房沟水电站；TSP基本原理；工程中的运用；结果分析

0引言

随着我国水电建设的不断发展，水电开发越来越深入山区。尤其是川西地区，崇山峻岭，地质条件复杂多变，在水电站隧洞、地下厂房等地下工程开挖过程中经常会遇到岩溶、暗河、软弱夹层等不良地质体情况，从而导致发生涌水、垮塌等事故。因此，在水电站地下工程的开挖过程中，为了减少施工过程可能发生的安全事故，提高施工效率，常常需要对掌子面前方一定范围的地质状况进行预报[1]。常见的地质预报方法有钻探、地质雷达探测、水平钻探和反射地震波法。其中最具代表性，也被现在工程普遍使用的就是反射地震波法。TSP 是反射地震波法的一种，它具有预测距离远、准确性高、施工干扰小等突出优点。本文主要介绍了TSP地质超前预报技术在杨房沟水电站上坝交通洞中的运用情况。

1TSP的基本原理

TSP是一种利用回波测量原理为隧道或地下工程超前地质预报而专门设计的反射地震技术。地震波有在不均匀地质体中会产生反射波的特性，因此，可利用这种特性来快速有效地提供在开挖周围及前方的三维空间的工程地质预报，是目前超前地质预报的重要手段。

测量时，在震源处用小量炸药激发地震波信号的产生，产生的地震波信号随即在岩石中以球面波形式传播。当地震波遇到岩石物性界面(即波阻抗差异界面, 例如断层、岩石破碎带和岩性

变化等)时, 一部分地震信号反射回来,一部分地震信号透射进入前方介质，反射的地震信号将被高度敏感的地震检波器接收，反射信号的传播时间和反射界面的距离成正比[2]。然后将试验采集的资料传输到电脑中，通过TSPwin 软件对其处理,得到P 波、SH波、SV 波的时间剖面、深度偏移剖面、提取的反射层、岩石物理力学参数、各反射层能量大小等成果,以及反射层在探测范围内的二维或三维的空间分布[3]。

2TSP在工程中的运用

2.1工程概况及项目背景

2.2TSP预报观测系统的布置

图1　JK0+765 掌子面TSP预报观测系统布置图

预报采用TSP200，对右岸上坝交通洞JK0+765掌子面前方地质情况进行了超前探测预报。在隧洞JK0+688上下游测分别处布置一个预报接收孔，接收孔距离掌子面77 m，在隧洞下游侧JK0+706～742范围内的同一水平高度上布置了24个激发孔，具体预报观测系统布置图见图1。 2.3TSP数据处理与结果分析

利用仪器TSP200完成数据采集，通过Twin2.1处理软件对数据进行处理，数据处理主要步骤包括：参数设置→频谱分析→带通滤波→初至拾取→炮能量均衡→增益恢复→反射波提取。在成果解释中, 对岩层的区分主要以P波剖面资料为主，并遵循地质解释准则：(1)正反射波振幅表明硬岩层，负反射波振幅表明软岩层。(2)Vp/Vs增加或δ突然增大，一般由于流体的存在而引起。③若Vp下降则表明裂隙或孔隙度增加。根据TSP的探测结果, 在掌子面前方150 m 范围内围岩纵波波速为5 000～5 720 m/s , 岩石密 度 为2.79～2.95 g /cm3, 泊 松 比 为 0.09～0.26, 弹性静态杨氏模量为57～64 GPa。具体的探测结果如图2～4 所示。通过对结果分析，在预测段内的围岩大致可分为3段：

图2　TSP超前预报二维成果图

图3　TSP 隧道超前预报深度偏移图

图4　TSP 隧道超前预报反射面提取图

(1)JK0+765～802段：该段P波波速稳定，维持在5 600 m/s左右，表明该洞段与掌子面开挖段的围岩相同，围岩以完整为主,岩体裂隙不发育，围岩稳定性好；洞段地下水不发育；围岩类别为Ⅱ类。

(2)在JK0+802～884段：该段P波波速整体稳定，但局部出现波动，表明该洞段围岩较好，大多属于较完整，局部少量裂隙发育，围岩稳定性较好；洞段地下水不发育。围岩类别为Ⅱ～Ⅲ类。

(3)在JK0+884～930段：该段P波波速下降，波速稳定性差，表明该洞段围岩相对较差，根据波速下降分析，推测JK0+884 处进入花岗岩与变质砂岩接触带，岩体局部完整性差,围岩稳定性差；洞段地下水不发育。围岩类别为Ⅲ类，局部Ⅳ类。

3结论

根据结果推测可知，JK0+884附近进入花岗岩与变质砂岩接触带，为避免在变质砂岩中掘进，应对上坝交通洞洞线进行优化，从而节约工期，减

小施工难度。最终在杨房沟水电站上坝交通洞施工过程中，采纳了TSP地质超前预报给出的建议，对隧洞拐弯位置进行了优化调整，最终避开变质砂岩段，成功地缩短了工期，减少了工程投资。

TSP地质超前预报是水电工程中探明隧洞掌子面前未知地质条件的重要辅助手段，它在施工过程中为隧道支护参数的调整、隧洞洞线的设计优化提供了强有力理论依据，同时有效的降低了隧洞开挖过程中安全事故的发生，提供工程施工进度，降低施工成本，值得推广。

参考文献：

[1]赵勇, 肖书安, 等.TSP 超前地质预报系统在隧道工程中的应用[J] .铁道建筑技术, 2003(5).

[2]孙维清, 胡新兆 , 蔡成国. 地质超前预报在鲁竹坝隧道勘查中的应用[J].西部探矿工程，2008(2)：142-145.

[3]温树林 ,吴世林. TSP 203 在云南元磨高速公路隧道超前地质预报中的应用[J]. 地球物理学进展，2003，18(3)：465-471.

[4]张勇, 张子新, 华安增.TSP 超前地质预报在公路隧道中的应用[J] .东北公路, 2001, 24(2):77-79.

(责任编辑：卓政昌)

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李饶(1988-)，男，四川资阳人，毕业于四川大学水工结构工程专业，助理工程师，现于雅砻江流域水电开发有限公司从事工程管理；

崔伟杰(1988-)，男，河北石家庄人，毕业于河海大学水工结构工程专业，助理工程师，现于雅砻江流域水电开发有限公司从事工程管理；

罗诗怡(1992-)，男，重庆合川人，四川大学建设项目工程管理专业(在读).

作者简介:

文章编号:1001-2184(2016)02-0112-03

文献标识码:B

中图分类号:TV7；P641.72；S763.305

收稿日期:2016-03-17