中铁十四局集团第二工程有限公司
摘要: 结合工程实例，开展了齐岳山隧道泄水洞的TSP超前预报应用研究，探测结果揭示了隧道围岩不良地质的分布情况，并结合探测结果给出结论与建议。同时，隧道开挖揭露围岩验证了本次探测在数据获取、处理等方面的准确性，确保了隧道施工的安全。
关键词：TSP，超前地质预报，隧道
Abstract：Combined with the engineering example, the TSP advanced prediction application research of Qiyueshan tunnel discharge tunnel is carried out. The detection results reveal the distribution of unfavorable geology in the surrounding rock of the tunnel, and the conclusions and suggestions are given based on the detection results. At the same time, the surrounding rock revealed by the tunnel excavation verifies the accuracy of the detection in data acquisition and processing, and ensures the safety of the tunnel construction.
Key words: TSP, Geological forecast ahead, Tunnel
0、引言
随着隧道工程建设的飞速发展,我国每年开工和在建的隧道多达千余座。由于我国地域幅员辽阔,工程地质条件复杂多变,在施工掘进过程中,采用物探手段进行超前地质预报,预先掌握掌子面前方围岩的地质情况[1-5],对保障施工安全,预防事故、灾害的发生,优化施工工艺和设计参数具有十分重要的意义[6]。隧道超前地质预报实质上是隧道施工期的补充地质勘察。在众多超前预报物探方法中,地质雷达法和TSP (Tunnel Seismic Prediction ahead的英文缩写,以下简称TSP)法两种超前物探方法广泛应用于工程实际中,具有很好的发展前景[7-9]。
1、TSP预报方法和原理
本次预报采用瑞士安伯格公司生产的最新型号的TSP203 plus 隧道地质超前预报系统。TSP测量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。振动波由在特定位置人为制造的小型爆破产生，一般是沿隧道一侧洞壁布置24个爆破点，爆破点平行于隧道底面呈直线排列，孔距1.5m，孔深1.5m，炮孔垂直于边墙向下倾斜10～15度，以利于灌水堵孔。距最后的爆破点15～20m处设接收器点（在一侧或双侧），接收器安装孔的孔深2 m，向上倾斜15度，内置接收传感器。图1为观测系统与隧道关系平面示意图，图2为TSP隧道超前地质预报布孔要求示意图。
图2 TSP隧道超前地质预报布孔要求
在测量过程中，逐次引爆爆破点的炸药（约50-150g，根据围岩不同适时调整），制造出小型地震波，地震波遇到节理面、地层层面、破碎带界面和溶洞、暗河等不良地质界面时，将产生反射波，反射波的强度及传送时间反映了相关界面的性质、产状、距离接收点的距离。利用TSPwin软件对采集的TSP数据进行处理，获得P波、SH波、SV波的时间剖面、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[5]。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 Vp/Vs增加或δ突然增大，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。
2、工作概况
对利万高速公路齐岳山隧道出口段泄水洞进行了超前地质预报，采用TSP203plus仪器进行数据采集。此次TSP预报共激发24炮，炮点距1.5m，接收器置于隧道左边墙内(面向掌子面)接收。掌子面桩号为LK0＋402，传感器桩号为LK0＋458。采集参数为：采样率62.5μs，记录长度7218样点，X-Y-Z三分量接收。本次探测范围为LK0+402～LK0＋272，共130 m。
3、本次TSP探测成果
用TSPwin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、界面及岩体物性参数等成果。图3为P波深度偏移图及提取的反射面；图4为2D结果显示与岩体物性图。
图5 隧道开挖揭露局部裂隙涌水
4、结论与建议
综合TSP探测结果及地质资料分析，该预报段总体情况如掌子面为中风化角砾灰岩和中风化灰岩，掌子面前方LK0+364附近，LK0+364~LK0+348段、LK0+320~LK0+294段、LK0+284~LK0+272段范围内围岩岩溶较发育，强度和完整性差，溶蚀裂隙发育，含水量较高。开挖揭露实际围岩与预报相吻合，施工过程通过控制进尺，超前钻探，加强支护，保护岩体的承载力，保证隧道施工安全。
参考文献:
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