TGP206隧道地震波预报系统在桃山二号隧道施工中的运用与探讨

(山东科技大学 山东 青岛 266590)

一、预报数据采集工作

数据的收集工作操作过程包括以下标准:

①激发孔的布置：应选择所确定隧道构造界面与隧道的夹角中角度较小的一侧洞壁，距离掌子面的距离应不小于3m且尽量小于10m的距离，孔的而高度宜为1.5m左右，深度宜为1.5m左右；距离掌子面第一个炮孔以及最后一个炮孔之间，要布置20至24个连续的炮孔，每隔炮孔之间距离应控制在1.5m宽、1.5m深的标准；在最后一个炮孔之后，要设置一个20m至30m的距离，布置在隧道洞壁两侧具有相同里程接收孔，每侧布置一个，且孔深一致。接收孔以及激发孔深度要略微增加，深度要求布置为2m左右，且孔要求垂直于孔壁方向，也可以对激发孔进行略向下倾的布置，以方便后续对其进行注水。

②爆破相关的标准：激发震动后爆破产生的同步信号以及所收集的信息，要采取开路触发的方式，即在炸药引爆的同时，产生对接收探头的触发，从而同步完成仪器对于数据的采集，从而确定了地震波信号具有良好的实时性以及准确性。

③ 接收探头的布置：需要采用长度大于2m的定向杆件进行探头的安装，并在安装过程中采用黄油直接耦合剂或合适的泥土进行探头与孔壁的结合，避免因为震动使得孔壁发生形变，将探头卡主，同时也有利于保证相关干扰信号的影响，提高信噪比。

④ 相关爆破震动参数收集的原则：对于软岩相关参数的采样率，应保证为0.1ms档,同时对于硬岩采样率应选择为0.05ms档，通过选择采样点数从而达到对地震波的记录长度控制在200ms以上。

二、超前预报资料分析

(一)现场原始记录评估

由地震波三分量原始记录可见：地震纵波同相轴初至明确，横波同相轴的幅度和频率明显区别于纵波，纵横波同相轴的速度具有差别分离清晰。认为现场采集的地震波三分量记录属于一般记录，符合数据处理的质量要求。

(二)测量段岩体参数

根据测量段收集数据分析显示，对于该炮孔布置段，根据地震波三分量原始数据记录，其参数可以由本软件计算且可以精确得出对此隧道段岩体参数的记录。改段相关岩体的各参数分别如下：岩体密度为2.69吨/立方米；纵波速度Vp=5680米/秒；横波速度Vsh=3150米/秒；泊松比为0.278；动弹性模量Ed=68250Mpa；动剪切模量Gd=26704Mpa。地质勘察报告中该段岩性为三叠系下统溪口组砂岩，岩体的围岩级别为Ⅳ级，以上参数代表测量段岩体的弹性性质。TGP系统利用对开挖段所暴露出的岩体条件作为预报基础，进行对待开挖岩体相关的预报。

三、预报结论与建议

(一)各段详细划分

通过对TGP隧道地质超前预报所收集数据以及计算出的成果进行系统分析，将所测掌子面前方120米范围进行详细划分，并确定该隧道段3个地质单元围岩以及相应措施：1.DK327+495.5至DK327+460段，长度35.5米；2.DK327+460至DK327+390段，长度70米；3.DK327+390至DK327+375.5段，长度14.5米。

(二)各地质单元的分析推断与施工建议如下：

①DK327+495.5至DK327+460段分析建议

围岩为砂岩，估算岩体速度与测量段(炮孔实测段)岩体速度基本一致，隧道围岩比较完整，岩体弱风化，岩体裂隙较发育。建议按照Ⅲ级围岩施工。施工中尤其注意拱顶塌落和滑塌，及时做好支护。

②DK327+460至DK327+390段分析建议

围岩为砂岩，速度曲线有所下降，估算岩体速度在3900米/秒至5600米/秒,推断岩体相对DK327+495.5至DK327+460段完整性有所降低，曲线下降幅度不大。建议按Ⅳ级围岩施工。施工中尤其注意拱顶塌落和滑塌，及时做好支护。

③DK327+390至DK327+375.5段分析建议

围岩为砂岩，估算岩体速度在1900米/秒至3900米/秒，推断隧道岩体完整性相对DK327+460至DK327+388段有所降低，考虑到距离宋京三号断层较近，围岩存在软弱破碎面，围岩较差，节理发育，裂隙水较发育。建议按Ⅴ级围岩施工。建议进行超前水平钻孔综合探知前方围岩状况。施工中尤其注意加强支护，防止掉块或塌方，雨季注意水量变化。

四、结论与探讨

(一)结论

通过后续对隧道开挖，从实际出发，对本次TGP206地质预报系统进行了验证，并取得了较为准确结果，从而得出了相应的结论：

(1)TGP206超前预报系统，可以对前方120m里程范围内待开挖的隧道进行预报，并经过较为专业的分析以后，可以得到较准确的结果；

(2)TGP206超前预报系统，可以通过多个图片结果，有着较为详细的描述，从而可以更为直观的得到全方位的地质预报效果。

(二)探讨

虽然，TGP206可以通过较为专业的操作分析，得出隧道待开挖部分100多公里的预报，但仍有一定的误差，建议施工技术人员在运用TGP206的基础上结合以下工具进行更为准确的预报：

(1)借助超前水平钻探：该方法在较为深层次的开挖隧道过程中，通过利用钻机进行对岩体的钻探，结合在开挖过程中实际测得的水文地质情况以及工程地质变化，直接可靠地获取相关地质情况：包括围岩等级、所存在的破碎带位置、性质、规模以及地下水发育情况，可以更加直接有效地预防待开挖部分30m里程的距离；

(2)可以借助地质雷达，运用100MHz天线进行对掌子面实际探测，通过无线电波，运用高频电磁波理论进行对内部相关介质的探测，从而确定掌子面后面待测岩体分析与预测；

(3)在进行TGP206超前地质预报的过程中，通过控制炮孔的距离、接收孔内耦合程度以及相关干扰声波等情况，减少无关因素的干扰，将不可控制因素所造成的影响降到最低，从而得到所需数据准确性的最大化。

(三)建议

结合以上情况，几种方法可以将隧道开挖所需预报结果的精确性实现最大的保证；从而进最大可能减少不可预见风险对施工人员的伤害，减少隧道风险对我国工程建设上人力、物力、财力的损伤，从而可以更好的建设我们的祖国。