TSP303系统在隧道超前地质预报中的应用

■李海

（廊坊市中铁物探勘察有限公司　河北　廊坊　065000）

TSP303系统在隧道超前地质预报中的应用

■李海

（廊坊市中铁物探勘察有限公司河北廊坊065000）

TSP303系统是基于TSP202和TSP203的经验和特性，更为先进、准确的一种探测系统。TSP303系统不受台阶式开挖施工条件的限制和影响，系统软件可以根据隧道施工实际情况建立不同断面的隧道模型，使数据在处理过程中的计算精度及预报的准确度得到有效提高。

TSP303隧道超前地质预报系统导线断开模式准确度D隧道模型

1　引言

隧道断面的面积及高差对TSP系统的数据采集和结果分析有很大的影响，在施工现场常常采用台阶式开挖，分上、中、下三台阶式开挖方式，上台阶长度达不到布孔的长度，炮孔和接受孔只能布置上台阶和中台阶或者下台阶的边墙位置。以往的预报系统默认隧道断面是一个不变的截面，这样在后期的数据处理和分析结果都有一定的误差。为了有效的解决这些问题，TSP303Plush超前预报预报系统建立3D隧道模型并确定整个探测范围内3D空间的岩石力学参数，如弹性模量和泊松比，这样大大提高了计算的精度和预报结果的准确度。

2　工程实例

2.1南门口隧道工程概况

拟建南门口隧道进口位于福建省龙岩市新罗区西陂镇联村，出口位于龙岩市新罗区龙门镇湖一村，起迄里程为：DK231+898～DK242+202,全长10304m，隧道洞身最大埋深390m。

掌子面围岩为石英砂岩夹煤线，节理发育,岩体较破碎,岩质较软；地下水主要为基岩裂隙水，不发育。掌子面里程为DK238+220。由于现场条件限制，炮孔及接受孔布置在上台阶和中台阶。TSP303Plush超前预报预报系统处理后的3D隧道模型如图1。

图1　隧道3D模型图

3　TSP303工作原理

隧道地震波法超前预报原理是利用地震反射波和绕射波原理，对隧道掌子面前方的地质条件进行探测。由震源产生的地震波向隧道前方传播的过程中，遇到岩体中相对大的声阻抗界面会产生反射波，遇到相对小的声阻抗界面会产生绕射波，统称为地震回波。利用设备采集隧道围岩中界面的地震回波，通过专业处理系统提取回波的界面位置、空间分布、回波极性和回波能量等信，并结合隧道地质勘察资料综合分析，实现隧道地质超前预报目的。现场需要采用三分量检波器实现空间地震回波的矢量检测和纵横波采集，保处理系统利用多波多分量进行全波震相分析和极化波计算，获得2维和3维空间的偏移归位图、断面扫描图，获得界面回波位置和界面空间分布，以及界面间岩体性质等预报资料。

4　现场数据采集过程

进入采集模式，由于现场没有瞬发电雷管，只有延时毫秒雷管，所以采集模式采用导线断开模式。炸药激震的同步信号采取开路触发方式，即爆炸的同时触发仪器采集，保证地震波信号的时间精度；使用乳化炸药，药量控制在100克至150克，有利于产生高频地震波信号。仪器设置选择的采样频率为48khz，记录长度为500ms本次在隧道左侧边墙的同一水平线上从里向外布置24个炮孔和一个传感器接收孔，右左侧边墙布置一个传感器接收孔，炮孔向下倾斜，倾角约10°～15°，以方便注水。预报时掌子面位于DK238+220里程处，在DK238+268里程处布置传感器接收孔，接收孔距掌子面50m，1号接收孔深度2.0m，5号接收孔深度1.96m，1号、5号接收孔高度均为2.0m，接收孔垂直于隧道左右壁。炮孔平均间距约1.2m，1～24号炮孔高度2.0m，第一个炮孔距接收孔15.0m。

5　数据处理与分析

本次采集数据共激发24炮，实际有24炮数据参与数据计算。数据经过处理后得到2D成果图及岩石力学参数曲线图，分析结果：

DK238+220～DK238+203段围岩情况：该段有多组反射界面，围岩纵波速度Vp在3470m/s左右；强风化，岩性为较软岩（相对于掌子面）。推断：该段范围内围岩节理较发育，岩体较破碎，稳定性较差，易失稳掉块，局部易塌方。地下水情况：该段泊松比δ为0.18并保持不变。推断：该段范围内地下水不发育，含饱和基岩裂隙水，呈局部渗滴水、渗水。DK238+181～DK238+126段围岩情况：该段有多组反射界面，围岩纵波速度Vp在4134m/s～4512m/s之间频繁变化；弱风化，岩性为软硬互层（相对于掌子面）。推断：该段范围内围岩节理较发育，岩体较破碎，稳定性较差，易失稳掉块或塌方。其中在DK238+181～DK238+177范围存在软弱夹层，岩体破碎，稳定性差，局部易塌方。地下水情况：该段泊松比δ在0.21～0.29之间变化。推断：该段范围地下水较发育，含饱和基岩裂隙水，呈渗滴水或线状出水；其中在DK238+177处呈线状出水。其他里程段围岩较好，无明显不良地质反射信号。

6　结语

隧道超前地质预报技术对隧道施工安全至关重要，通过对南门口隧道围岩的后期地质调查,探测结果和实际围岩情况基本一致。

[1]铁路工程岩土分类标准 TB10077-2001/J123-2001.

[2]铁路隧道超前地质预报技术规程Q-CR 9217-2015.

[3]孙广忠.工程地质与地质工程 [M].北京:地震出版社,1993

[4]王振东.浅层地震勘探应用技术 [M].北京:地质出版社 ,1988.

[5]罗伟新.单界面反射的反射波法频率域解释方法的研究 [J].地球物理学报,1997, 40(4):580～588.

P62[文献码]B

1000-405X（2016）-9-266-1