TGP206在国道317线德格隧道地质预报中的应用

刘少成

(中铁大桥科学研究院有限公司，湖北武汉　430034)

TGP206在国道317线德格隧道地质预报中的应用

刘少成

(中铁大桥科学研究院有限公司，湖北武汉430034)

摘要:介绍了TGP206超前地质预报系统的原理，详述了其在实际施工现场中的操作方法，并结合国道317线甘孜段改扩建工程德格隧道现场实测的地质情况，对比了TGP206超前隧道预报仪的预测情况与实际情况，表明了TGP206超前地质预报系统的准确性。

关键词:隧道，TGP206，超前地质预报，地震波

0　引言

随着我国公路与铁路的交通事业的发展，以及“四纵四横”的建设，中国的隧道建设得到不断的发展［1］。目前，我国隧道工程建设的规模继续扩大，并且相应地质条件的复杂性和施工难度也不断增加，尤其在中国的西南地区，因此，隧道工程在工程中发挥了重要的作用。与其他工程相比，隧道工程具有一些独特的特性，如复杂性、隐蔽性和不确定性等特点［2，3］。鉴于隧道工程现场施工的特殊性质，提出并应用了隧道超前地质预报技术，并且取得了良好的效果［4-6］。物探法是超前地质预报中最为常见的一种预报方式［7］，其主要的原理是地震波法。本文结合在国道317线甘孜段改扩建工程德格隧道中采用的TGP206，对隧道地质超前预报进行详细的介绍，并结合隧道掌子面后方岩体的开挖情况，进行了其准确性的对比。

1　工程概况

国道317线甘孜段改扩建工程德格隧道全长2 943 m，里程K399 +450～K402 +393，位于色曲河左岸，是国道317线甘孜段改扩建工程的控制性工程之一。隧道所处区域的洞身海拔高度3 282 m，隧道最大断面137.63 m2，最浅埋深仅为16 m。隧区位于青藏高原东南缘，横断山系沙鲁里山脉，属构造侵蚀、风化剥蚀中低山区地貌。岩层为三叠系上统图姆沟组上段深灰色绢云石英夹薄层结晶，深灰色绢云石英片岩，岩体整体较完整，岩体结构呈板片状。隧道围岩以灰岩为主，洞口为浅埋偏压隧道，洞内容易塌方，洞内裂隙水发育良好。

2　 TGP206超前地质预报原理和方法

2.1预报原理与工作布置

隧道地震波超前预报原理是利用地震波的传播性与反射性原理［9，10］。地震波传播时，若遇到了声阻抗界面就会形成地震波的反射，通过对仪器所获取的数据进行分析，实现对地震波传播方向的固体物理性质的推断，达到能够预报前方的地质情况的目的。

根据实际隧道的现场施工与预报的原理，地震波的震源通过小药量炸药在隧道边墙的钻孔中爆炸产生，一般采用24个炮孔，沿直线布置在洞壁一侧，接收装置安放在隧道边墙两侧的接收孔中实时接收反射的地震波［11］。炮孔与接收孔布置图如图1所示。

2.2预报现场处理方法

隧道围岩的性质不均匀性会对地震波的传播产生干扰，使检测数据具有一定的误差［11］，因此需要选择隧道岩体相对完整的地段布置接收孔位置。在现场测试中，记录隧道掌子面的里程，同时记录仪器接收孔、激发炮孔的隧道里程;逐炮孔安置带有时间触发线的炸药，炸药的药量一般控制在80 g～100 g，并且使炸药处于一定的压实状态。

图1　炮孔布置图

以上有关现场的数据，在施工现场中填写在记录表中。隧道内停止开挖工作，确保隧道内具有安静的条件而后进行逐炮地震波的采集工作。隧道现场工作三维示意图见图2。

图2　现场工作三维示意图

3　 TGP206在德格隧道中的应用

3.1掌子面地质情况

通过在现场的观察与掌子面的素描图(如图3和图4所示)，从图中可以发现:该掌子面围岩为中风化灰岩，层间为板状结构，节理裂隙发育良好，掌子面附近无明显地下水发育，隧道顶部与侧墙局部有滴水与水流渗出。综合现场勘察，初步判定围岩级别为Ⅴ级。

图3　掌子面素描图

3.2数据采集

图4　掌子面围岩实拍图

本次实测预报的炮孔和接收孔布置按照原理部分介绍情况来布置;采集时配合现场爆破人员工作，逐个进行激发并完成采集。

3.3探测结果

根据超前地质预报的原理及其可靠性［11］，本次预报范围为隧道掌子面前方150 m。对现场采集的数据进行处理，可以得到地震波同侧原始波形图(见图5)、地震波同侧绕射偏移图(见图6)、地震波同侧反射截面图(见图7)和综合围岩波速变化图(见图8)。

图5　地震波同侧三分量原始波形图

图6　地震波同侧绕射偏移图

图7　地震波同侧反射截面图

分析同侧绕射偏移图、同侧反射截面图与横纵波比速度分布图，并结合隧道围岩地勘资料，将本次预报里程段分为4个分区段，结合各分段的围岩变化情况分析说明如下:

1) K399 +475～K399 +496围岩段:纵波波速几乎无变化，此段围岩岩性变化不大;横波波速存在小幅波动，表明该段围岩较为破碎，地下水可能发育;在K399 +491～K399 +495区域内呈现极冷色调，且横波负反射较为强烈，表明该区域内围岩破碎程度较高，地下水发育程度较高，可能有局部水流的出现。综合各项指标，预报掌子面前方围岩等级为Ⅴ级。

2) K399 +496～K399 + 530围岩段:纵波出现明显的大幅波动，且逐渐降低，说明该段围岩岩性有逐渐变差的趋势，围岩整体性较差;从反射界面可知，反射点较多，表明该段裂隙较为发育;从绕射偏移图上可以看到在K399 + 510～K399 + 525区域内，绕射偏移图以淡冷色调为主，该区域地下水较为发育，可能有股状水出现。综合各项指标，预报该段围岩等级为Ⅵ级。

图8　综合围岩波速变化图

3) K399 +530～K399 + 560围岩段:纵波出现明显的大幅波动，说明该段围岩岩性变化较大，表明该段围岩整体性较差;从反射界面可知，纵波反射点较多，且较为强烈，表明围岩比较破碎;从绕射偏移图上可以看到在K399 + 545～K399 + 550区域内，纵波绕射偏移图呈现冷暖相间，说明该段围岩较为破碎。综合各项指标，整体预报围岩等级为Ⅴ级。

4) K399 +560～K399 + 625围岩段:波速基本稳定在较低的范围内，且变化不大，推断该区段围岩整体变化不大;反射界面并不明显，围岩完整性一般，地下水发育程度一般;从绕射偏移图可知，色调以冷暖相间为主，该区域围岩裂隙较为发育，局部破碎程度较高;综合各项指标，预报围岩等级为Ⅳ级。

4　现场开挖状况分析

1)掌子面前方里程K399 + 475～K399 + 495段:灰岩、碎石土，节理不发育，岩体弱风化，岩体样本呈深灰色，局部裂隙较为发育，有少量构造裂隙水，围岩等级定为Ⅴ级。

2)掌子面前方里程K399 + 495～K399 + 525段:薄层结晶灰岩、碎石土，节理发育一般，岩体强风化，样本呈灰色，总体裂隙较为发育，拱顶局部水流渗出，围岩等级定为Ⅵ级。

3)掌子面前方里程K399 + 525～K399 + 555段:薄层结晶灰岩，节理不发育，岩体强～弱风化，岩体样本呈褐黄色、青灰色，局部地下水较为发育，围岩等级定为Ⅴ级。

4)掌子面前方里程K399 + 555～K399 + 625段:灰岩、碎石土，节理不发育，岩体强风化，岩体样本呈灰色，总体裂隙较为发育，局部有细股状水流，围岩等级定为Ⅵ级。

5　结语

德格隧道以灰岩及碎石土为主，地质变化相对不明显，围岩岩性变化不大，岩石整体比较破碎，拱部偶见掉块，隧道地下水发育情况一般，局部有围岩滴水与细水渗出现象。在本次国道317线德格隧道实际施工中，将TGP206系统作为隧道地质预报的主要手段，精确的预报了隧道围岩地质变化情况，为下一步的施工进展做了很好的指导性工作，确保了施工过程的安全性，减少了因不了解前方的地质情况下施工的盲目性。结合本工程现场情况综合分析，超前地质预报的情况基本与实测地质情况相符合，预报结果能够满足实际施工需要。

参考文献:

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［9］谭鹏，吴正恺，钱王苹.TGP206在庙子梁隧道斜井地质超前预报中的应用［J］.山西建筑，2014，40( 34) :170-172.

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［11］张先锋.隧道超前地质预报技术指南［M］.北京:人民交通出版社，2013.

The application of TGP206 in the advanced geological forecast for the Dege tunnel in 317 national road

Liu Shaocheng
( Science Research Institute Ltd，China Zhongtie Major Bridge，Wuhan 430034，China)

Abstract:This paper introduces the principle of TGP206 geological prediction system in detail，and describes the operation and using method in the actual construction tunnel.Combined with the field geological condition and geological data of the Dege tunnel in the expansion project of Gan-Zi period in the 317th national road，found TGP206 tunnel forecast instrument has good accuracy by comparing to the prediction of TGP206 tunnel forecast instrument with the actual situation.

Key words:tunnel，TGP206，advanced geology forecast，seismic wave

作者简介:刘少成(1985-)，男，硕士，助理工程师

收稿日期:2016-01-13

文章编号:1009-6825( 2016) 04-0178-03

中图分类号:U456.33

文献标识码:A