TSP超前地质预报系统在西北某隧道中的应用

赵柏

摘 要：本文主要介绍了TSP超前地质预报系统在西北某隧道中的应用情况，通过对比分析证实了TSP超前地质预报系统能够比较准确地反映出隧道工作面前方围岩的地质情况，并对如何提高预报的准确性进行了几点说明。

关键词：TSP超前地质预报系统;隧道;含水地层

TSP（Tunnel Seismic Prediction）超前地质预报系统是专门为隧道及地下工程施工设计的，是目前隧道施工中应用最广泛的一种地震波反射法。能够迅速精准地识别和预测开挖隧道工作面前方及周边的工程地质和水文地质等情况。

本文主要介绍了TSP超前地质预报系统在西北某隧道施工中的应用，通过对预报成果与实际开挖状况的对比分析，证实了TSP超前地质预报系统能够比较准确地反映出隧道工作面前方围岩的地质情况，同时也证明了超前地质预报对本工程的现实意义。

1 TSP超前地质预报系统

1.1 TSP方法原理

TSP方法属于多波多分量高分辨率地震反射法。地震波在设计的震源点用小量炸药激发产生。当地震波遇到岩石波阻抗差异界面（如断层、破碎带和岩性分界面等）时，一部分地震信号反射回来（图1-1），一部分信号透射进入前方介质。反射的地震信号将被高灵敏度的加速度地震传感器接收并以数字形式记录下来。采集数据通过TSPwin专用软件处理，可获得隧道掌子面前方P波、SH波和SV波的时间剖面、深度偏移剖面、岩石的反射层位、物理力学参数等中间成果资料，同时还可得到反射层的二维和三维空间分布，根据上述资料便可了解隧道工作面前方地质体的性质（软弱岩层、破碎带、断层、含水岩层等）和位置及规模。

1.2 数据的采集与处理

数据采集采用三分量（X-Y-Z）同时接收，采样间隔选用62.5μs，记录长度选用451.125ms（7218采样数）;采集的数据采用TSPwin plus 2.1专用软件进行处理。处理流程包括11个主要步骤：数据设置→带通滤波→初至拾取→拾取处理→炮能量均衡→Q估计→反射波提取→P、S波分离→速度分析→深度偏移→提取反射层。

2工程实例应用

2.1工程概况

西北某隧道隧址区地貌单元为低中山区，地形切割强烈，间歇性沟谷发育。隧道起全长17763.3m，最大埋深约390m，为特长深埋双线单洞隧道。其1#斜井设于线路前进方向右侧，与线路小里程方向平面夹角116°，斜井斜长949m。1#斜井区域内地层岩性主要有第四系更新统洪积层粗角砾土、风积砂质黄土;寒武系中统狼嘴子组二段砂岩夹板岩;寒武系中统狼嘴子组黄河井段硅质岩夹板岩。施工过程中遇到的主要工程地质问题有围岩失稳、突水涌水。

2.2观测系统参数设定

观测系统参数设定见表2-1、图2-1。

2.3探测成果与实际开挖揭示情况对比分析

探測成果2D示意图见图2-2。

数据处理结果显示，1#斜井掌子面（X1K0+766）前方140m范围内，波速值为1912～3680m/s，Vp/Vs值为1.63～1.91，泊松比值为0.20～0.31，密度值为2.21～2.29g/m3，动态杨氏模量值为21～27。

通过表2-2中的对比分析，可知，探测结果与实际开挖情况基本吻合。

3结束语

通过对上述工程实例的对比分析，可知，TSP超前地质预报系统可以对隧道工作面前方围岩的地质情况进行比较准确的探测和预报。由于物探方法存在多解性，易造成解译成果的误判和漏判。为了提高超前地质预报的质量，应当辅以其它超前地质预报手段加以补充和印证，才能保证其精度。

在实操过程中，往往因各种外因导致预报准确性降低。为了提高预报的准确性，可以从以下几个方面入手：

（1）观测系统布设阶段

孔位信息应严格按技术交底要求进行实测，包含孔深、孔高、孔间距及倾角和方位角，需要指出的是，孔深为装药深度，而非钻孔深度。另外，测量误差无法避免;套管的埋设可以使用耦合剂以达到与孔内壁密贴效果。

（2）数据采集阶段

炸药量的选取应根据现场岩石状况来决定，有条件的可以先做试验，通过判识接收到的信号质量，调整炸药用量以达到最佳效果;减少或降低环境噪音的干扰;爆破孔进行封堵处理，常见处理手段有注水封孔、锚固剂堵孔等;

（3）数据处理和解译阶段

在数据处理和解译的前，须全面了解和掌握本区域的地质概况和已开挖隧道的实际地质情况，以此作为理论依据选取适合的参数。

（4）综合超前地质预报的运用

实施多种超前地质预报方法（地质调查法、超前钻探法、物探法）相结合的手段，来提高预报的准确性。

参考文献

[1] 王小安.TSP观测系统处理参数的研究[J].工程地球物理学报，2013，7（2）：242～247.

[2] 张景科，谌文武，雷启云.TSP203地质超前预报原理及提高精度的途径[J].天津城市建设学院学报，2004，10 （3）：170～173.

[3] 王涛，王可心，张志平.TSP203在梅林隧道中的应用分析[J].西部探矿工程，2010，11：196～298.