某隧道地质超前预报方案.docVIP

PAGE PAGE 13 某隧道地质超前预报方案 隧道地质超前预报是为隧道施工提供工作面前方的围岩状态、特征，以及施工中可能引发的地质灾害位置、规模和性质等情况，为正确选择施工方法、优化支护、采取特殊措施等提供可靠依据，用来指导施工，杜绝事故发生，保证施工安全。 1．隧道地质超前预报工作原理： TGP隧道地质超前预报仪是采用TSP原理，TSP(Tunnel Seismic Prediction)超前预报方法是利用地震波在不均匀、不连续地质体中产生反射波，实现隧道地质超前预报目的。 图1.1 隧道地质预报工作原理图 地震波在岩石中以球面波形式传播，当地震波遇到弹性波阻抗差异界面时，例如断层、岩体破碎带、岩性变化或岩溶发育带等，一部分地震信号反射回来，一部分信号透射进入前方介质继续传播和发生反射。反射的地震波信号被高灵敏度的地震检波器接收（图1.1）。地震波反射信号的传播时间与传播距离成正比，与传播速度成反比，因此通过测量直达波速度、反射回波的时间、波形和强度，可以达到预报隧道掌子面前方地质条件的目的。这种反射波被布置在隧道围岩内的检波装置接收下来，输入到仪器中进行信号的放大，数字采集和处理，实现拾取掌子面前方岩体中的反射波信息，达到预报的目的。 图1.2 隧道地震预报的原理图 隧道地震预报的原理图中(图1.2)隧道上方和下前方会形成地震波反射，是因为岩体中存在的岩性变化带和构造破碎带，其介质的密度和其传播弹性波的速度乘积，与正常岩体介质的密度和传播弹性波的速度乘机具有明显的差别，像玻璃的背后附有水银会反光一样。岩体介质的密度和传播弹性波的速度乘积物理学中称为“声阻抗”，岩体中界面两侧介质“声阻抗”的差异越大，其界面上反射地震波的能力越强，反之亦反。界面与隧道轴线交角不同，仪器屏幕上采集显示的反射波同相轴形态会表现出不同。 预报处理系统锁定掌子面前方一定角度范围，提取反射回波并对其旅行的时间、传播的衰减、以及相位的变化等进行分析，进而对隧道掌子面前方的岩体地质条件作出预报和判断，为施工措施和施工设计方案提供可靠预报资料。 2．隧道地质超前预报探测仪器设备 本次探测采用的仪器设备是“TGP206型隧道地质超前预报仪”。北京物探研究所于2005年推出第一款隧道地质超前预报仪器，又于第二年推出技术更加成熟的新一代“TGP206”型隧道地质超前预报系统。TGP206隧道地质超前预报系统包括仪器设备的配套部分和处理软件两大部分其中仪器设备的配套部分包括有TGP206型仪器主机，接收传感器，孔中定位安装工具和电缆等；处理软件部分包括地质构造面的产状分析等若干模块，该系统在仪器配置专用孔中高灵敏度三分量检波器，定位安装工具，和方便的孔中耦合技术。数据处理软件系统以三维空间地震多波震相研究分析为基础，WINDOWS编程，操作界面友好，使复杂的地震波预报资料的分析处理和解释推断工作易于掌握和操作。经过国内著名隧道专家组评审，鉴定为具有国际先进技术水平。 2.1 TGP206型隧道地质超前预报仪器配置 TGP206技术参数 TGP206技术参数： 1．三分量输入通道数：2个 2．双模数转换（A/D）20＋bit 3．采样率：30微秒 60微秒 90微秒 120微秒 4．频带宽度；10Hz-5000Hz 2，仪器设备 TGP206隧道地质预报系统 图2.1 TGP206型隧道地质超前预报仪器 TGP206隧道地质预报系统能在中等硬度级别的隧道围岩中对掌子面前方150~200米范围内的岩性变化、断层、破碎带、岩溶发育带以及它们的产状、规模和前方岩层的含水特性作出预测预报，并能计算出上述范围内的纵波、横波速度、波速比，泊松比，相应岩体的动弹模量和剪切模量等岩石力学参数。 TGP206仪器动态范围大，通过改变偏移距离和激发能量即可实现增加预报距离。其性能提高突出表现在高分辨能力的增强，即对隧道围岩病害地质体的判识能力的提高。 2.2 TGP206隧道地质超前预报仪的技术鉴定 北京水电物探研究所研制的TGP型隧道地质超前预报仪鉴定会于2005年8月25日在成都召开，该鉴定会由北京交通大学、中国铁路工程总公司隧道及地下工程试验研究中心负责组织，邀请国内专家进行鉴定。经过数十次预报工程实践的验证证明国产TGP型隧道地质超前预报系统的科学性和适用性。该系统通过了由国家隧道中心王梦恕院士组织的国内著名隧道专家的评审鉴定，经过认真慎重的对比和评审，专家们一致认为“TGP仪器与相关的处理系统，性能稳定可靠，采集的波形完整，信噪比高，与国外同类仪器对比整体上具有国际先进水平，可代理进口产品。 2.3 预报应用工程实例 该TGP206型隧道地质超前预报仪分别在新建铁路昆明至河口线玉溪至蒙自段旧寨隧道进、出口及大田山隧道进口和大同至包头电气化改