关于TST技术在TBM掘进隧洞超前地质预报中的应用

李忠洪

重庆化工职业学院（401228）

研究隧道位于巴基斯坦的东北部，为某水电站引水发电隧道，隧道全长为28.6km。该隧道距离地表的深度为500～1900m，属于深埋长隧道。隧道围岩属于第三系岩层，主要岩石类型是砂岩以及泥质软岩，砂岩洞段约占40%，砂岩与泥质软岩互层段占60%。砂岩以浅灰色和青灰色为主，风化程度在强风化～微风化之间，强度较高；泥质软岩呈现出红色和黄色，强度总体较低，易破碎。物探检测表明，砂岩的波速大于泥岩及砂岩泥岩互层波速。鉴于本隧洞处于较硬的砂岩、泥岩层，并有砂岩与泥岩互层的情况，因此采用TST超前地质预报技术是必要的。

1 基本原理

采用TST技术对隧道围岩情况进行超前预报时，需要利用以下系统：隧道检测断面仪器空间布置系统、地震波激发系统、信号接收系统。产生地震波是检测预报的第一步，地震波在传播中穿透岩性分界面、断层破裂带、裂隙密集带等，这些界面都属于岩体当中的波阻抗变化界面。在经历以上这些波阻变化界面之后，部分地震波就会被散射回来，然后相关操作人员通过这些散射信号在介质当中传播的时间及与散射界面之间的距离，通过对各项数据进行分析，得到不同岩层当中的具体地质情况。一般情况下，散射信号传播时间与散射界面之间的距离成正比关系，所以在使用地震波接收器对波速进行获取之后，计算出隧洞附近岩性分界面、断层、影响带的情况，最终判定出不良地质体的位置及其规模。在对隧洞散射地震成像技术收集到的数据进行处理时，可以对非地震回波进行有效的判别及过滤，然后直接将掌子面前方岩体的波速及不良地质体的位置通过图像进行准确的呈现。

2 观测系统及参数选择

该引水发电隧道的直径为8.53m。测试区域的岩体地震波主频率为300Hz左右，波长为10m。在实际测量之前，整个观测系统的布置必须要遵循以下要求：首先，总的观测长度必须大于或等于两个波长以上；其次，每两个检波点之间的距离必须要大于或者等于1/4个波长；然后，每两个激发点之间的距离必须要等于6个检波点之间的距离；最后，观测系统检测的宽度必须要大于或等于1/10的预报距离。按照以上要求，最终观测系统的布置参数为：设置6个激发点、12个检波点，总的测试长度设置为54m，总的测试宽度为12.5m，每两个激发点之间的距离为18m，每两个检波点之间的距离为3m。

3 数据处理及解译

检测系统布置完成后，紧接着是对信号进行预处理，对波场进行分离，进行速度扫描成像，然后对最终收集到的数据进行综合解释，最后进行报告的编写，完成整个隧洞散射地震成像技术的使用。

通过解译获得了所测洞段的地震波偏移图像，经过对这些图像进行分析，可以判断桩号9+678～9+664、9+658～9+638、9+623～9+615、9+610～9+595、9+595～9+578的围岩都存在不稳定的情况，同时也有可能存在不良地质体。所以在使用全断面隧道掘进机施工时，必须要对掘进机的参数进行重新调整，并制订出科学合理的事故预防措施。地震波速度曲线显示出桩号9+652～9+605段的波速明显大于3 500m/s，基本可以认定该桩附近为较硬的砂岩。在检测到9+678～9+652及9+605～9+578这两段隧道时，波速较低，判断应属泥岩或砂泥岩互层。

4 结语

一般情况下，开挖隧道前，都会对地质情况进行收集，根据地质分析成果来进行综合的解释，然后通过地震波偏移图像、开挖掌子面前方岩体地质特征为隧道开挖提供指导。通过对比巴基斯坦某深埋长隧道9+678～9+578段使用隧道散射地震成像技术进行检测所获得的预报成果，可以发现预报成果的数据与超前水平钻探结果、TBM推力、贯入度参数大小及开挖后地质编录成果等指标之间的数据几乎相同，也就是说使用隧道散射地震成像技术对隧道开挖断面分析，能够获得较为真实可靠的数据，也比较符合客观地质的实际情况。因此对该技术进行有效的使用，能够在一定程度上加快隧道工程开挖进程，并保障隧道施工人员的生命安全。