TSP超前地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)在西北某隧道中的應(yīng)用

趙柏

摘 要：本文主要介紹了TSP超前地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)在西北某隧道中的應(yīng)用情況，通過對(duì)比分析證實(shí)了TSP超前地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)能夠比較準(zhǔn)確地反映出隧道工作面前方圍巖的地質(zhì)情況，并對(duì)如何提高預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性進(jìn)行了幾點(diǎn)說明。

關(guān)鍵詞：TSP超前地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng);隧道;含水地層

TSP（Tunnel Seismic Prediction）超前地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)是專門為隧道及地下工程施工設(shè)計(jì)的，是目前隧道施工中應(yīng)用最廣泛的一種地震波反射法。能夠迅速精準(zhǔn)地識(shí)別和預(yù)測(cè)開挖隧道工作面前方及周邊的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)等情況。

本文主要介紹了TSP超前地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)在西北某隧道施工中的應(yīng)用，通過對(duì)預(yù)報(bào)成果與實(shí)際開挖狀況的對(duì)比分析，證實(shí)了TSP超前地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)能夠比較準(zhǔn)確地反映出隧道工作面前方圍巖的地質(zhì)情況，同時(shí)也證明了超前地質(zhì)預(yù)報(bào)對(duì)本工程的現(xiàn)實(shí)意義。

1 TSP超前地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)

1.1 TSP方法原理

TSP方法屬于多波多分量高分辨率地震反射法。地震波在設(shè)計(jì)的震源點(diǎn)用小量炸藥激發(fā)產(chǎn)生。當(dāng)?shù)卣鸩ㄓ龅綆r石波阻抗差異界面（如斷層、破碎帶和巖性分界面等）時(shí)，一部分地震信號(hào)反射回來（圖1-1），一部分信號(hào)透射進(jìn)入前方介質(zhì)。反射的地震信號(hào)將被高靈敏度的加速度地震傳感器接收并以數(shù)字形式記錄下來。采集數(shù)據(jù)通過TSPwin專用軟件處理，可獲得隧道掌子面前方P波、SH波和SV波的時(shí)間剖面、深度偏移剖面、巖石的反射層位、物理力學(xué)參數(shù)等中間成果資料，同時(shí)還可得到反射層的二維和三維空間分布，根據(jù)上述資料便可了解隧道工作面前方地質(zhì)體的性質(zhì)（軟弱巖層、破碎帶、斷層、含水巖層等）和位置及規(guī)模。

1.2 數(shù)據(jù)的采集與處理

數(shù)據(jù)采集采用三分量（X-Y-Z）同時(shí)接收，采樣間隔選用62.5μs，記錄長(zhǎng)度選用451.125ms（7218采樣數(shù)）;采集的數(shù)據(jù)采用TSPwin plus 2.1專用軟件進(jìn)行處理。處理流程包括11個(gè)主要步驟：數(shù)據(jù)設(shè)置→帶通濾波→初至拾取→拾取處理→炮能量均衡→Q估計(jì)→反射波提取→P、S波分離→速度分析→深度偏移→提取反射層。

2工程實(shí)例應(yīng)用

2.1工程概況

西北某隧道隧址區(qū)地貌單元為低中山區(qū)，地形切割強(qiáng)烈，間歇性溝谷發(fā)育。隧道起全長(zhǎng)17763.3m，最大埋深約390m，為特長(zhǎng)深埋雙線單洞隧道。其1#斜井設(shè)于線路前進(jìn)方向右側(cè)，與線路小里程方向平面夾角116°，斜井斜長(zhǎng)949m。1#斜井區(qū)域內(nèi)地層巖性主要有第四系更新統(tǒng)洪積層粗角礫土、風(fēng)積砂質(zhì)黃土;寒武系中統(tǒng)狼嘴子組二段砂巖夾板巖;寒武系中統(tǒng)狼嘴子組黃河井段硅質(zhì)巖夾板巖。施工過程中遇到的主要工程地質(zhì)問題有圍巖失穩(wěn)、突水涌水。

2.2觀測(cè)系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定

觀測(cè)系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定見表2-1、圖2-1。

2.3探測(cè)成果與實(shí)際開挖揭示情況對(duì)比分析

探測(cè)成果2D示意圖見圖2-2。

數(shù)據(jù)處理結(jié)果顯示，1#斜井掌子面（X1K0+766）前方140m范圍內(nèi)，波速值為1912～3680m/s，Vp/Vs值為1.63～1.91，泊松比值為0.20～0.31，密度值為2.21～2.29g/m3，動(dòng)態(tài)楊氏模量值為21～27。

通過表2-2中的對(duì)比分析，可知，探測(cè)結(jié)果與實(shí)際開挖情況基本吻合。

3結(jié)束語

通過對(duì)上述工程實(shí)例的對(duì)比分析，可知，TSP超前地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)可以對(duì)隧道工作面前方圍巖的地質(zhì)情況進(jìn)行比較準(zhǔn)確的探測(cè)和預(yù)報(bào)。由于物探方法存在多解性，易造成解譯成果的誤判和漏判。為了提高超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的質(zhì)量，應(yīng)當(dāng)輔以其它超前地質(zhì)預(yù)報(bào)手段加以補(bǔ)充和印證，才能保證其精度。

在實(shí)操過程中，往往因各種外因?qū)е骂A(yù)報(bào)準(zhǔn)確性降低。為了提高預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性，可以從以下幾個(gè)方面入手：

（1）觀測(cè)系統(tǒng)布設(shè)階段

孔位信息應(yīng)嚴(yán)格按技術(shù)交底要求進(jìn)行實(shí)測(cè)，包含孔深、孔高、孔間距及傾角和方位角，需要指出的是，孔深為裝藥深度，而非鉆孔深度。另外，測(cè)量誤差無法避免;套管的埋設(shè)可以使用耦合劑以達(dá)到與孔內(nèi)壁密貼效果。

（2）數(shù)據(jù)采集階段

炸藥量的選取應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)巖石狀況來決定，有條件的可以先做試驗(yàn)，通過判識(shí)接收到的信號(hào)質(zhì)量，調(diào)整炸藥用量以達(dá)到最佳效果;減少或降低環(huán)境噪音的干擾;爆破孔進(jìn)行封堵處理，常見處理手段有注水封孔、錨固劑堵孔等;

（3）數(shù)據(jù)處理和解譯階段

在數(shù)據(jù)處理和解譯的前，須全面了解和掌握本區(qū)域的地質(zhì)概況和已開挖隧道的實(shí)際地質(zhì)情況，以此作為理論依據(jù)選取適合的參數(shù)。

（4）綜合超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的運(yùn)用

實(shí)施多種超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方法（地質(zhì)調(diào)查法、超前鉆探法、物探法）相結(jié)合的手段，來提高預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性。

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