超前地质预报在隧道中的应用.docVIP

TSP 超前地质预报在隧道中的应用 童峥嵘，黄炳营，秦业，李顺 中国水利水电第十四工程局有限公司 广东广州510800 【摘 要】在建设隧道的过程中经常碰到很多不良地质体，如断层、破碎带、突泥涌水、坍塌体、岩溶等，给隧道施工带来很大的不可预测的安全问题。TSP 技术能对掌子面前方100～150m范围内的地质情况做出预报，利用TSP 超前地质预报系统进行有效地预测掌子面前方的地质情况，TSP 的探测原理以及必威体育精装版的技术发展，结合江门市南山路新建道路工程南山路隧道的应用实例， [关键词]南山路隧道 TSP 超前地质预报系统 成果解析 1 引言 在隧道施工过程中，由于前方地质情况不明，常常出现各种险情，施工单位对此都付出了很大的努力，一直希望寻求一种简单可行的办法来探明隧道前方的地质情况。目前，常用的隧道超前地质预报方法主要有地面地质调查法，断层参数预测法和TSP、HSP等仪器探测方法、掌子面编录预测法、不良地质前兆预测法和地质雷达、红外线超前探水等仪器探测方法。各种预报手段和方法都有其各自的适用范围和特点，其中TSP 探测是目前预报距离最长、适用范围最广、预报效果最好的超前预报手段和方法。 南山路隧道是江门市南山路（江海路—五邑路）新建道路工程的关键性控制工程，隧道起止点桩号为K1+970～K1+521 江门市南山路（江海路-五邑路）新建道路工程南山路隧道超前地质预报采用吉林大学工程技术研究所研制的TSP24 超前地质预报系统及速度型三分量检波器采集数据。以K1+570～K1+690段预报为例，预报作业区域为：掌子面桩号为K1+690，检波孔桩号为K1+754，探测范围为K1+570～K1+690，预报长度共120m。 该段掌子面围岩主要为中风化混合花岗岩，呈灰黄色，花岗变晶结构，中厚层构造，节理裂隙发育，整体岩质稍硬。围岩稳定性一般，若施工控制措施不当，在隧道发生；TSP24 隧道地质地震波探测系统介绍 本工程隧道地质预报工作采用TSP24 隧道地质地震波探测系统是先进的地质勘探技术与现代电子技术和人工智能相结合的高科技产品，系统主要应用于隧道开挖过程中探测掌子面前方地质构造的位置和产状，以保证隧道安全生产和工作量的准确评估。 TSP24 隧道地质地震波探测系统由主机、传感器、震源、数据分析软件和用户技术支持体系组成。仪器主机采用先进设计理念将计算机技术与现代电子技术结合，具有24个独立的高精度采集通道（24位模数转换器），可驳接三分量加速度传感器或速度型地震检波器。下图4-1为TSP24 隧道地质地震波探测系统示意图。 TSP24 的主要技术参数如下： 通 道 数 ：3 道 频带范围 ：5Hz~50kHz 前置放大 ：16dB~48dB 输入阻抗 ：20 kΩ A/D 转换 ：ΔΣ24bit 采 样 率 ：0.05ms 采用点数 ：4k 动态范围 ：144dB 道间抑制比 ： 80dB 同步方式 ：自触发、外触发 记录格式 ：GeoPen 数据格式 / SEG2 / SEGY 图4-1 TSP24 隧道地质地震波探测系统示意图 （①、 接收主机 ②、HUB 集线器 ③、爆炸机 ④、加速度型探头 ⑤、速度型探头） 5 TSP预报方法和原理 TSP24 隧道地质超前预报系统是通过在掌子面后方一定距离内的钻孔中以微震爆破来发射信号的，爆破引发的地震波在岩体中以球面的形式向四周传播，其中一部分向隧道前方传播，经隧道前方的界面反射回来，反射信号经接受传感器转换成电信号并放大。从起爆到发射信号被接收的这段时间是与反射面的距离成比例的。通过反射时间与地震波传播速度的换算就可以将反射面的位置、与隧道轴线的夹角以及与隧道掘进面的距离确定下来，同时还可以将隧道中存在的岩性变化带的位置方便的探测出来。其原理见下示意图5-1。 图5-1 隧道地震波地质预报（TSP）原理示意图 采集的TSP 数据，通过TSP24数据处理软件进行处理，获得P波、SH波、SV波的速度剖面、深度偏移剖面和反射层提取以及岩石物性参数等一系列成果。 在成果解释中，以P波资料为主对岩层进行划分，结合横波资料对地质现象进行解释。解释中，遵循以下准则： ①正反射振幅表明硬岩层，负反射振幅表明软岩层。 ②若S波反射较P波强，则表明岩层饱含水。 ③波速比Vp/Vs或泊松比增大，常常由于流体的存在而引起。 ④若Vp下降，则表明裂隙或孔隙度增加。 6 TSP探测成果与地质解释 6.1 TSP探测成果 用TSP24数据处理软件对接收到的地震波信号进行处理，得到掌子面前方岩体波速、分界面及岩体物理力学参数等成果。图6-1为PS波信号分离图。图6-2为深度偏移图。图6-3为岩体物理力学参数成果图。图6-4为掌子面前方岩体主要信号反射面3D显示图。 图6-1 PS波信号分离图 图6-2