TSP203超前地质预报系统在黄土隧道中的应用

刘 辉

(中铁济南工程技术有限公司，山东 济南 250022)



TSP203超前地质预报系统在黄土隧道中的应用

刘 辉

(中铁济南工程技术有限公司，山东 济南 250022)

结合工程实例，介绍了TSP203隧道地质勘探的基本原理，分析了隧道隧洞超前预报中能够解决的技术问题，并将预报结果与实际工程进行对比，验证了该技术的应用效果，对类似项目有一定借鉴作用。

黄土隧道，地震波，超前地质预报

1 概述

长大隧道由于线路长，埋深大，在施工前全面查清隧道沿线的工程及水文地质情况，准确探明所有可能引发施工地质灾害的不良地质体的类别，位置和规模十分困难，因此在隧道建设过程中，往往会遇到无法预料的地质灾害。一旦处治不当，将会给施工单位造成重大财产损失及人身安全事故。为保证长大隧道施工安全，减轻地质灾害造成的损失，对隧道前方不良地质的发育情况及时的预报，是隧道施工过程中应重点考虑和解决的难题。TSP超前地质预报系统,具有预报距离长，对探测面扰动小，速度快，费用低的优点，在长大隧道建设过程中应用较广泛。

2 基本原理

TSP超前地质预报系统利用爆破产生地震波，地震波传播过程中遇到波阻抗差异界面后,一部分地震波信号折射后继续传播，另一部分被反射回来。反射回来的地震波信号由预先埋设的高敏感度检波器接收,储存到仪器内,利用专门的分析软件对采集到的数据进行处理。解译人员根据隧道前方围岩纵横波波速、泊松比、动态杨氏模量等参数的曲线,综合已探明的地质信息,预报前方地质情况[1]。

3 实际应用解决的技术问题

1)能较准确的预测隧道掌子面前方存在的断层，煤层，富水岩层等与其他岩层的分界线。

2)能探测出隧道掌子面前方存在的溶洞，暗河，特殊软土等不良地质体的位置和规模，也可以粗略判断不良地质体的围岩级别，但准确的围岩级别判定还需要进行现场围岩评价才能确定[2]。

4 TSP203预报黄土隧道工程实例

4.1 工程概况

蒙华铁路延安隧道位于陕西省延安市建华镇至梁村乡，为单洞双线隧道，隧道全长9 198 m，隧道最大埋深约228.30 m。该地区属于陕北黄土高原梁峁区，地形受地台抬升及黄土高原水流向源侵蚀的影响，下切作用明显，“V”字形冲沟发育，呈树枝状分布，形成沟壑纵横、支离破碎的特点，为典型的黄土高原侵蚀性梁峁沟谷地形地貌。隧道所在范围内地层岩性从上到下依次为：砂质新黄土，粘质新黄土，粘质老黄土，细圆粒土；侏罗系中统砂岩，泥岩。薄～中厚层状构造，局部为砂岩泥岩互层，节理裂隙发育。

4.2 预报成果解译

本次超前地质起始里程为DK305+185，爆破点24个，装药量为50 g～150 g。本次数据接收器耦合良好，爆破数据全部有效，探测过程符合试验要求。原始记录数据见图1，图2。图3为经过处理后得出的2D结果显示及岩体物性图。

根据有关资料及上述评价准则,通过对图1～图3的解译,解释成果如下：

1)DK305+185～DK305+225段围岩强度和完整性与掌子面相比变化不大，整体围岩完整性差，强度低。DK305+210断面附近含少量裂隙水，局部岩体节理裂隙发育，应做好初期支护，推断围岩级别为Ⅳ级。

2)DK305+225～DK305+240段围岩强度与掌子面相比明显降低，岩体较破碎，建议加强初期支护，推断围岩级别为Ⅳ级偏弱。

3)DK305+240～DK305+250段围岩强度和完整性与掌子面相比变化不大，整体围岩完整性较差，强度低，推断围岩级别为Ⅳ级,建议加强初期支护工作。

4)DK305+250～DK305+270强度与掌子面相比明显降低，岩体破碎，节理裂隙发育，局部含裂隙水，强烈建议本段施工过程中提高隧道监控量测频次，加强支护强度，围岩级别推断为Ⅳ级偏弱。

5)DK305+270～DK305+280段围岩强度与掌子面相比变化不大，整体围岩完整性较差，强度低，围岩级别推断为Ⅳ级，建议加强初期支护。

由图2，图3可以看出,在DK305+250～DK305+270范围内,纵波、横波波速速度变化明显,且变化频幅度较大,泊松比明显增加,动态杨氏模量显著降低,可以推测在本次预报范围内围岩强度有所降低,局部节理裂隙发育，岩体破碎。

4.3 预报结果与开挖情况对比

延安隧道进口实际开挖过程中,DK305+185～DK305+280范围内的地质情况与预测的结果基本一致,其中在DK305+246～DK305+274范围内主要为粘质新黄土，侏罗系中统泥岩、砂岩，局部为砂岩泥岩互层，节理裂隙发育，局部结构面弱风化～强风化，整体稳定性差。 与勘察资料相比，此处地质情况较差，但TSP超前地质预报基本上准确的预报到了此处不良地质的位置。在此指导下,施工单位加强了隧道监控量测的频次，根据拱顶及收敛变形情况，及时调整施工进度及施工工艺，采取了相应加固措施，保证了施工安全。

5 结论

1)TSP超前地质预报系统主要通过波速，密度，泊松比，动静态杨氏模量等参数对探测面前方地质情况进行预判。

2)通过TSP超前预报系统准确的预判隧道前方不良地质体的位置和规模，可以给施工组织带来时间上超前性,采用有针对性的处理方法和支护加固手段，有效降低地质灾害对隧道施工的影响。

3)TSP203隧道超前预报系统成果解译具有多样性，因此预报仍然会出现误差。想要提高 TSP 超前地质预报的准确性，还应将TSP超前地质预报与野外地质调查，围岩等级评价紧密结合，考虑其他信息，多种方法、多种手段综合运用,提高预测精度。

[1] 赵 岩,李术才,薛翊国,等.TSP203预报胶州湾海底隧道f2-1含水断层的实践[J].山东大学学报(工学版),2009,39(4)：80-81.

[2] 刘志刚,刘秀峰.TSP(隧道地震勘探)在隧道隧洞超前预报中的应用与发展[J].岩石力学与工程学报,2003,22(8)：73-74.

[3] 曹小军,王 萌.TSP超前地质预报系统在水平层状砂泥岩黄土地区的应用[J].铁道建筑,2011(3)：16-18.

[4] 欧阳旭,吴 立,徐剑波,等.超前地质预报技术在沪昆高速铁路湖南段中的应用[J].安全与环境工程,2013,20(1)：8-9.

The application of TSP203 advance geological forecast system in loess tunnel

Liu Hui

(ChinaRailwayJinanEngineeringTechnologyLimitedCompany,Jinan250022,China)

Combining with the engineering example, this paper introduced the basic principle of TSP203 tunnel geological exploration, analyzed the solved technical problems of tunnel advance forecast, and compared the forecast results with the actual engineering, verified the application effect of this technology, had certain reference value to similar engineering.

loess tunnel, seismic wave, advance geological forecast

1009-6825(2016)11-0185-02

2016-01-30

刘 辉(1981- )，男，硕士，工程师

U452.11

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