TGP206隧道地震波预报系统在某隧道施工中的运用与探讨

0 引言

隧道的发展趋势是隧道越修越长、越修越宽，穿越的地质越来越复杂。地质超前预报对隧道能否安全施工，以及施工期间围岩的准确评定起着关键作用[1-2]。2009年，刘云祯[3-4]提出TGP隧道地震波预报系统与技术，并将其运用到隧道超前地质预报中。2011年，刘奕辉[5]将TGP206超前地质预报系统运用于大王顶隧道中的超前地质预报，取得较好的效果。2012年，王晓川等[6]基于TGP预报系统探测原理及使用过程中存在的问题，结合工程应用的反馈，提出误差的解决措施，增加TGP预报系统数据信息解释的准确性和可靠性。2012年，陈中学等[7]将TGP成功运用于隧道的岩溶预报中。

重庆市两江新区一横线上某隧道左线长905m，右线长902m，洞身地面山体稳定，地层分布连续，无断层破碎带，围岩岩性为泥岩、砂岩，岩体较完整，岩体呈中厚层状、裂隙不发育，围岩稳定性较好。隧道围岩主要是IV、V级围岩，其中进、出口段为V级围岩，洞身为IV级围岩。

1 TGP隧道地震波预报系统

1.1 预报原理

隧道地震波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（图1）。地震波在三维空间传播过程中，遇到声阻抗界面产生反射波。设备采集隧道围岩中界面的反射波，通过数据处理提取反射波的界面位置、空间分布、反射波极性和能量等信息，并综合分析隧道地质勘察资料，达到预报隧道掌子面前方地质情况的目的。

图1 隧道地震波反射探测原理

1.2 预报方法

预报检测时掌子面里程为YK12+565；在洞壁左侧布置激发孔，激发孔的起止里程为YK12+585～YK12+625，共布置21个激发炮孔，激发孔的间距为2m，距地面的高度为1.5m，炮孔深度约为2m。炸药量控制在50g左右，各孔药量一致。

在里程为YK12+645位置处左、右壁对称各布置一个接收孔，接收孔距离掌子面80m。在接收孔中放置接收探头，接收探头采用黄油与围岩耦合。

近些年，随着我国经济水平不断发展，工业体系及工业技术不断完善，自动化技术在许多领域都得到了应用，机械自动化对我国工业生产以及经济发展都起到了举足轻重的作用，但由于我国工业发展起步较晚，工业基础比较薄弱，在很多方面都与西方发达国家有着较大的差距，在地区分布上还存在着地区发展不平衡的问题。工业自动化发展较快的城市主要分布在沿海地区，并且数量逐步向内陆递减。

图2 同侧地震波三分量波形图

图3 同侧三波波型合成位图

图4 预测反射界面图示（成果图）

2 测试结果

2.1 掌子面地质情况

掌子面里程桩号为YK12+565，掌子面围岩为砂质泥岩，岩体较完整，节理裂隙不发育，地下水不发育，围岩等级初定为IV级。

军庄镇位于北京市门头沟区东部，面积为33.47 km2，北与海淀区、东与石景山区相邻，南、西分别与本区龙泉镇、妙峰山镇接壤.军庄镇距离北京市昌平区、丰台区、房山区直线距离均不足20 km，距北京城区仅25 km，地理位置十分优越.军庄镇虽然镇域面积不大，但地层种类较多，出露较好，主要为古生界奥陶系、石炭系和二叠系地层.在军庄镇中部不到11.5 km2的区域内，集中了沉积岩、火成岩以及岩溶地貌、断层、褶皱、地层不整合接触面等多种地质地貌现象，地质遗迹非常丰富(图1).

2.2 超前地质预报结果

周所长令小张快去找到这两个人。大约一刻钟后，这两个搬运工被惶恐不安地带到值班室。当他们听说自己就是抬着装尸体的纸箱去寄存的时候，吓得浑身都在打摆子。这起案子已经闹得全城皆知，他们做梦也没有想到这具尸体会是经自己之手寄存的。他们努力回忆那天的情况。老赵说：“客人有时让我们代办寄存的情况虽然不是很多，但有时也有。那天那个客人好像是通过电话直接打到服务台，然后服务台通知我们到停车场的。”

经过TGP专业软件计算得出检测段围岩参数为：纵波速度Vp=2870m/s；横波速度Vsh=1140m/s；泊松比为0.406；弹性模量Ed=8294MPa；剪切模量Gd=2949MPa；岩体密度为2.27t/m？。并参照已经开挖的隧道围岩情况进行综合预报分析，预报分析结果如下：

（1）TGP206地震波预报系统在隧道掌子面前方150m范围内地质情况，预报结果较可靠。

YK12+515～YK12+505范围，出现负反射，纵波波速降低，降低端长度为10m，推断节理裂隙发育、软弱夹层。

实际施工过程中，隧道YK12+565～YK12+480里程范围内，隧道围岩与预报时掌子面情况类似，围岩等级初定为IV级。隧道里程桩号YK12+480～YK12+435范围内，节理裂隙较预报掌子面处较发育，围岩初定为V级。该次超前预报所获得的结论与实际情况较符合。隧道右线于2013年6月19日顺利贯通，隧道施工过程中，TGP206作为主要的超前预报手段取得良好的效果。

YK12+485～YK12+415段，在桩号里程YK12+505位置出现纵波的负反射，由纵波偏移图可见隧道比激发段要差，节理裂隙发育，围岩稳定性差。

（2）TGP206地震预报系统在围岩等级发生变化时情况，预报结果较准确。

2.3 预报结果验证

隧道设计图纸中隧道围岩情况为：隧道里程YK12+443.80～YK12+565段围岩为泥岩，节理裂隙不发育，围岩等级为IV级。隧道里程YK12+435～YK12+443.80段围岩以泥岩为主，为软岩，节理裂隙较发育，围岩稳定性差，围岩等级为V级。

YK12+505～YK12+485范围，纵、横波波速明显上升、恢复至2870m/s的水平，推断该范围内隧道围岩与已经开挖的掌子面处的岩体基本一致。

现场采集的TGP地震波数据，通过TGP专业软件进行处理。分析处理得出隧道同侧三波（P波、SH波、SV波）波形图和合成位图，如图2、图3所示；隧道两侧的综合反射界面预报成果图，如图4所示。

3 结论及讨论

3.1 结论

通过对TGP206地震波预报系统在某隧道中的预报结果与隧道工程实际开挖后围岩情况对比分析，可以得到以下结论：

YK12+565～YK12+515范围内，围岩与激发段围岩类似，为泥岩，节理裂隙不发育。

河水弯弯，堤岸转向深处，也更加幽静。在一棵大树下，他们并肩坐下。凝视清澈的河水，闻到女人的体香，蒋浩德有点神魂颠倒。他给紫云准备了一件礼物，纯天然蚕丝连衣裙，探探心意：“紫云啊，上次让你受累了，买件衣服送你。”

a）同侧b）对侧

3.2 讨论

由于隧道围岩和现场条件各不相同，采集到数据信息差别较大，再加上从业人员的参差不齐，使得TGP206地震波预报系统在隧道超前地质预报中的预报结果存在一定误差。为提高其预报结果的准确性，笔者认为应加强以下方面的工作：

本次入组的36例均来自南京医科大学第二附属医院康复科和神经内科收治的患者,15名女性,21例男性,年龄在35岁到60岁之间,平均年龄52岁。将患者按入院顺序依次编号,随机分为A、B二组,每组18例。病程0.5~6.5个月,平均病程为2个月,其中脑出血病人16例,脑梗死病人20例。患者各项数据均无统计学意义。

（1）在进行隧道超前预报前，应深入研究隧道工程地质设计说明，了解隧道将穿越岩性、地层产状及分布以及存在的特殊地质问题和主要地质病害，做到有的放矢。此外，在现场进行数据采集时，也应加强对已开挖隧道段和掌子面围岩地质情况的观测。

大数据、算法等计算机技术是人类取得的先进技术，我们当然需要正视和积极利用这些先进技术，但同时我们也仍然需要看到抽样技术的价值。至少到目前为止，抽样问卷调查仍然没有被废弃，我们要善于学习和掌握抽样技术。

（2）做好现场数据的采集。现场激发孔与接收孔终孔前需要进行冲孔，以保证其有效深度。每次激发时的炸药应推至孔底，孔内灌满水后进行激发。TGP接收探头务必与围岩密切耦合，以免影响地震波初至的时间。

（3）数据处理过程中，特别注意区分有效波和干扰波。干扰波主要有管波、外界脉冲信号干扰波、电流干扰波等，它是影响预报准确性的关键因素，而在现场数据采集过程中，往往无法保证每次均能够及时消除干扰因素，因此数据处理过程中，应根据不同干扰波的特征进行清除，以提高预报的准确性。