TGP超前地質預報在樺林隧道中的應用

鄭極新

（福州大學土木工程學院 福州 350108）

TGP超前地質預報在樺林隧道中的應用

鄭極新

（福州大學土木工程學院 福州 350108）

根據福建省寧德沈海復線高速公路柘榮至福安段樺林隧道超前地質預報采用的地震波發(fā)射法探測和開挖掌子面的素描情況，結合采集到的數(shù)據及圖像的分析，取得良好可靠的預報結果，為隧道施工安全提供了指導性的依據。

隧道 超前地質預報 TGP

1. 樺林隧道工程概況及地質條件

樺林隧道是福建省寧德沈海復線高速公路柘榮至福安段中的重要性工程之一，位于福安市潭頭鎮(zhèn)。隧道線路總體呈北東走向，最大埋深約310m。設計為雙向四車道分離式布置，左線起訖樁號為ZK61+089～ZK62+655，全長1566m；右線起訖樁號為YK61+065～YK62+682，全長1617m。隧址區(qū)的勘察結果表明場區(qū)有一條斷層帶（F08A）通過，帶內巖體破碎，節(jié)理裂隙極發(fā)育，與隧道洞身相交。洞周主要巖性為花崗巖和凝灰熔巖，為較硬～堅硬巖，洞身巖性接觸帶及節(jié)理裂隙影響洞身圍巖級別以III～IV級為主，局部IV～V級；進、出口段內圍巖級別為IV～V級。隧址區(qū)地下水主要為進、出口段坡積土層、風化巖層的孔隙裂隙水及洞身構造帶和巖性接觸帶的基巖裂隙水，水量較豐富。

2. 隧道超前地質預報的目的及意義

超前地質預報是工程勘察工作的延續(xù)，也是隧道施工安全和維護的重要環(huán)節(jié)。在隧道的開挖掘進過程中，如果能提前準確掌握前方掌子面巖體結構的變化情況，不良地質體及可能引發(fā)的地質災害的性質、分布位置和規(guī)模，就可合理地安排施工開挖進度，及時修正施工參數(shù)和方案，采取有效的防護措施，避免事故的發(fā)生。因此，有必要采取適當?shù)募夹g手段，對隧道開挖前方的地質構造等進行準確探測。

3. 地震波反射法探測的原理

地震波預報反射法采用TGP206型隧道地質超前預報系統(tǒng)，其原理是地震波在巖體傳播過程中，在聲阻抗界面會產生地震反射波，利用儀器設備采集隧道巖體中地震波傳播的信息，通過專業(yè)處理系統(tǒng)提取回波的界面位置、空間分布、回波極性和回波能量等信息，并結合隧道地質勘察資料綜合分析，實現(xiàn)對隧道前方地質條件的推斷，達到地質超前預報的目的。

4. 數(shù)據的采集和處理

地震波震源采用小藥量炸藥在隧道邊墻的風鉆孔中爆炸產生，激發(fā)孔在洞壁一側沿直線布置，采用24個炮孔。地震波接收采用三分量采集的模式，接收探頭安置在與炮孔等高的洞壁鉆孔中，并與鉆孔巖體良好耦合，在同樁號的左右壁鉆孔中各布置一個，如圖1所示。

4.1 樺林隧道出口左洞掌子面樁號ZK62+534的數(shù)據采集

樺林隧道出口左洞樁號ZK62+534的掌子面利用地震波反射法探測中，采集參數(shù)中的空間位置參數(shù)按現(xiàn)場實際位置輸入，各激發(fā)孔編號及間距如表1所示，接收孔樁號為ZK62+596；儀器的采樣率為0.05毫秒，采樣點數(shù)4096點。

表1 樺林隧道出口左洞樁號ZK62+534的TGP現(xiàn)場激發(fā)孔間距數(shù)據記錄表（單位:m）

圖1 地震波激發(fā)孔和接收孔的布置

4.2 樺林隧道出口左洞掌子面樁號ZK62+534的數(shù)據分析

TGP206型隧道超前地質預報系統(tǒng)的數(shù)據處理采用TGPWIN2.0軟件進行處理。依據隧道地震波反射原理，反射波和繞射波相結合，得到樺林隧道出口左洞掌子面樁號ZK62+534的三個分量的地震回波提取、偏移歸位成圖、地震波傳遞特性參數(shù)提取及成圖以及綜合計算與構造面產狀成果圖繪制，再將所得到的成果圖比對分析（如圖2，圖3所示），形成預報報告，指導現(xiàn)場開挖掘進，保證隧道開挖安全。

結合施工現(xiàn)場通過對樺林隧道出口左洞掌子面樁號ZK62+534的掘進地質情況形成素描記錄（如表2所示），對相應里程段的圍巖狀況與地質超前預報報告內容進行現(xiàn)場核對，并進行偏差分析形成紀要，為更好的完成超前預報工作積累數(shù)據及經驗。

表2 樺林隧道出口左洞掌子面樁號ZK62+534的地質素描記錄表

圖2 三分量同側波形記錄圖

圖3 綜合地質預報成果圖

5 結論與建議

TGP地質預報系統(tǒng)探測的有效距離為150米，預報距離長，時間短，且對施工的干擾較小。系統(tǒng)以預報速度作為定性參數(shù)，與實際測量的速度做比較，并結合地質界面的產狀綜合分析，對隧道進行分段地質評價，推斷出前方的斷層、巖石破碎帶、構造巖溶發(fā)育帶和涌水涌泥等不良地質體的位置、規(guī)模、產狀和巖石動力參數(shù)，具有可靠性。

通過對樺林隧道出口左洞掌子面樁號ZK62+534的TGP超前地質預報成果分析，劃分掌子面前方150米范圍的隧道圍巖為3個地質單元，各地質單元的分析推斷如下：

（1）ZK62+534～ZK62+515段，該段圍巖為凝灰熔巖，預報巖體速度與測量段巖體速度相當，圍巖以微風化為主，節(jié)理、裂隙不發(fā)育，巖體較完整，綜合判斷為II級圍巖；

（2）ZK62+515～ZK62+505段，該段圍巖為凝灰熔巖，預報巖體速度與測量段巖體速度有所下降，圍巖以弱風化為主，節(jié)理、裂隙較發(fā)育，巖體較破碎，可能存在若干組較明顯節(jié)理、裂隙面，綜合判斷為Ⅲ級圍巖；

（3）ZK62+505～ZK62+384段，該段圍巖為凝灰熔巖，預報巖體速度與測量段巖體速度略有提高，推測此段巖體強度可能有所增大，圍巖以微風化為主，節(jié)理、裂隙不發(fā)育，巖體較完整，綜合判斷為Ⅱ級圍巖。

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G322

B

1007-6344（2015）12-0116-01

鄭極新(1982.03)男，福建連江人，碩士研究生，講師，研究方向：圍巖穩(wěn)定性分析