TGP206在翠屏山隧道地质超前预报中的应用

谭 鹏，王 杰

(1.中铁二局集团有限公司，四川成都 610031； 2.西南交通大学交通隧道工程教育部重点实验室，四川成都 610031)

近年来，我国高速公路和铁路的建设，不论是隧道的长度、跨度还是规模都比以往有大幅增加，相应的地质条件的复杂性和施工难度也在增加。同时在隧道建设出现了很多地质问题，比如溶洞、坍塌、冒水、突水等。这些问题严重影响了施工进度，尤其对施工人员的安全性构成了严重威胁。在此背景下超前地质预报技术被提出并应用到工程实际。尤其以地震波法为主的超前地质预报大范围应用的实际，并取得良好效果。本文结合在翠屏山隧道使用TGP206预报仪，对隧道地质超前预报作详细介绍。

1 工程概况

翠屏山隧道全长2 945 m，隧道进口里程为DK506+015，出口里程DK508+960，最大埋深约85 m，地面高程600～700 m。

隧区位于江油北～江油区间，为低山丘陵地貌，上覆第四系全新统坡残积粉质黏土，下伏基岩为侏罗系泥岩夹砂岩、砾岩。隧道洞身为侏罗系上统莲花口组泥岩夹砂岩，以软质岩为主，产状平缓，存在的不良地质为顺层偏压，易坍塌。隧道为低瓦斯隧道。

2 TGP206原理和方法

2.1 预报原理

地震波信号的传播时间与传播距离成正比，与传播速度成反比；地震波信号的衰减和传播符号与岩体性质和界面的声阻抗性质有关。隧道地震波超前预报是利用地震波在岩体传播过程中，在声阻抗界面会产生地震反射波，利用仪器设备采集隧道岩体中地震波传播的信息，通过相关处理系统进行数据处理，结合已有的地质资料综合分析，实现对隧道前方地质条件的推断，达到地质超前预报的目的。地震波震源一般采用小药量炸药在隧道边墙的风钻孔中爆炸产生，激发炮孔在洞壁一侧沿直线布置，一般采用24个炮孔。炮孔、接收孔布置如图1。

图1 炮孔布置

2.2 预报方法

通常在隧道左侧或者右侧布置24个测孔，里面放些小量炸药，并布置2个接收孔。引爆炸药激发地震波，通过2个接收孔收集24个激发点的产生的反射波。当地震波遇到如断裂带、溶洞、岩溶发育带等地质不均匀地带，此时由于各个不均匀地质的界面其声波阻抗不一致时，一部分地震波信号反射回来，一部分地震波继续透过前面岩体传播和反射。这样地震波传播的全过程通过放在两边的接收器对其进行接收，然后可以通过主机上的软件对数据进行处理和分析(图2)。

图2 现场工作示意

3 TGP206在翠屏山隧道中的应用

3.1 掌子面地质情况

为做好本次隧道超前地质预报工作，探测时对隧道出口段掌子面DK508+715处进行了相应的地质编录和素描(图3、图4)。通过在现场的观察发现：该掌子面围岩为泥岩夹砂岩，呈褐色，较为破碎，节理裂隙较发育，岩石风化较严重，掌子面附近有少量地下水，现场初步判定围岩级别为V级。

图3 DK508+715处掌子面素描

图4 DK508+715处掌子面围岩状况

3.2 数据采集

本次采集数据时，掌子面桩号DK508+715预报里程范围为DK508+715～DK508+565段(即预报隧道掌子面前方150 m)。将探测器放在两侧接收孔，相邻的激发孔间距为1.5 m，激发孔距离与隧道当前路面距离为1.5 m左右，便于安装炸药，接收孔距离掌子面为50 m左右。并引用计时线被炸断的触发方式来记录结果。

3.3 探测结果

将现场采集的资料传输至计算机，利用TGPwin软件对其数据进行处理，得到同侧原始波形图(图5)、同侧绕射偏移图(图6)、同侧反射截面图(图7)和波速变化图(图8)。

根据隧道地勘资料与施工揭露的实际情况并结合本次预报得到的纵波比速度分布图(图5)可将本次预报里程段分为4个主要围岩变化分区段，这里结合图1～图4就各分段的围岩变化情况分析说明。

图5 现场地震波同侧三分量采集图

图6 同侧绕射偏移图

图7 同侧反射截面图

图8 波速变化图

(1)DK508+715～DK508+692围岩段：长度约为23m。纵波波速几无变化，横波波速有小幅波动，纵横波绕射偏移图均呈现强烈的冷暖交替变化，纵波反射不明显，横波有较弱的负反射；推测该段围岩较掌子面变化不大，围岩岩性较差，节理裂隙较为发育，围岩较为破碎风化；地下水一般发育，以基岩裂隙水为主。在+700附近围岩岩性较差。预报围岩级别为V级，施工时注意围岩较破碎，应及时支护。

(2)DK508+692～DK508+656围岩段：长度约为36 m。纵横波波速均出现较大幅度波动，纵横波反射强烈，横波出现较强烈的负反射，纵波绕射波呈现冷暖交替变化，以冷色为主，横波色调均匀，纵横波均出现较多的反射面。推测此段围岩岩性相对前一段较差，围岩破碎程度增加，节理裂隙发育；地下水发育较少，以基岩裂隙水为主；预测围岩等级为V级，施工中注意+673附近围岩较差，围岩较为破碎，建议及时支护。

(3)DK508+656～DK508+615围岩段：长度约为41 m。纵波波速几乎无变化，横波波速出现小幅波动，纵横波反射较为明显，反射面较多，纵波绕射偏移图呈较为强烈的冷暖交替变化，横波偏移图色调均匀。推测该区段围岩岩性变化较大，围岩完整性较差，节理一般发育，地下水发育较少，以基岩裂隙水为主；在DK508+638～ DK508+628段内围岩岩性有变化，在+618附近围岩较破碎，施工时要加强注意。预测围岩等级为V级，施工中应注意岩块从洞顶和边壁掉落。

(4)DK508+615～DK508+565围岩段：长度约为50 m。 纵波波速较前段有所上升，横波波速几无变化，纵横波反射不明显，横波无反射面，纵波反射面稀少，纵波绕射偏移图呈较弱的冷暖交替变化，横波偏移图色调均匀。推测该区段围岩完整性较前段变好，节理一般发育，地下水发育较少，以基岩裂隙水为主。预测围岩等级为V级，施工中应注意岩块从洞顶和边壁掉落。

4 现场实际状况对比分析

本预报段内未发现有重大地质病害出现，岩体主要以泥岩夹砂岩为主，该岩体单体强度一般，节理裂隙一般发育，地下水发育较少，局部范围围岩较破碎。本预报段内围岩级别推定为V级。

5 结束语

翠屏山隧道以砂岩、砾岩为主，地质变化较为明显，岩石节理较发育，拱顶及两侧出现掉块、围岩出现渗漏水等现象。隧道施工中，将TGP206作为地质超前预报的手段，可以对前方地质有大概的了解和摸底，为后续的施工进度及施工安全作充分的准备。

[1] HE Chuan，WANG Bo. Research progress and development trends of highway tunnels in China [J]. Journal of Modern Transportation，2013,21(4):209-223

[2] 崔涛，李建雄，张庆彬等TGP206超前地质预报在岩溶隧道施工的应用[J].矿业研究与开发，2011，(2)：7-9

[3] 闫昆鹏.在洞宫山隧道地质超前预报中的应用[J].山西建筑，2011,37(6):133-134

[4] 张庆松,李术才,孙克国,等.公路隧道超前地质预报应用现状与技术分析[J].地下空间与工程学报,2008,4(4):766-771

[5] 赵永贵，刘 浩，孙宇, 等. 隧道超前预报研究进展[J].地球物理学进展,2003,(3):7-8

[6] 王晓川，卢义玉，夏彬伟,等.超前地质预报在大相岭隧道施工中的应用[J].重庆大学学报,2009,(10)