TSP在挂弓山隧道超前地质预报中的应用

TSP在挂弓山隧道超前地质预报中的应用

缪强1宋伟2吴志会3

1.云南公投建设集团第二工程有限公司云南昆明650032；2.中煤科工集团重庆研究院有限公司重庆400039；3.云南第二公路桥梁工程有限公司云南昆明650205

摘要：TSP是隧道超前地质预报中最为有效的方法之一，随着我国高速公路、铁路的快速发展，隧道工程越来越多，其应用也越来越广泛。在分析TSP的工作原理与方法的基础上，介绍了TSP处理成果分析原则，并结合在挂弓山隧道超前地质预报中的应用情况验证了该方法的有效性和可靠性。

关键词：TSP；超前地质预报；挂弓山隧道；

0前言

隧道超前地质预报能够提前探明未开挖区域的各种不良地质情况，为预先制定合理的施工方案和措施提供了可靠的依据，很大程度减少了由于地质灾害引起的事故损失，现已成为隧道安全施工的前提条件和保障。TSP超前地质预报系统是隧道超前地质预报中使用最为广泛同时也是最为有效的方法之一，在国内首先被应用于渝怀铁路歌乐山隧道、云南省元磨高速公路隧道等工程中[1][2]，并取得了较好的应用效果。因此在本次挂弓山隧道施工中也采用TSP进行超前地质预报工作。

1TSP的工作原理与方法

TSP超前地质预报方法为一种多波多分量地震勘探方法[3]，依次利用雷管引爆数十个小药量的炸药来人工激发地震波，然后由一个三分量检波器接收在地震波转播过程中遇到岩性变化分界面产生的反射波，通过分析反射波所携带的信息来分析隧道前方及四周岩层的地质情况。反射波中包含了两种波，即纵波和横波，这两种波具有不同的波速、频率和振幅[4]。通过分析反射波时距曲线可以计算出各界面反射波的，利用纵横波速度就能计算出多种岩石物理参数（如泊松比，杨氏模量等）[5]。通过分析计算出的岩石物理参数和记录的反射波时距曲线，就可以预测掌子面前方及四周地层的地质情况（包括断层、破碎带等的产状及规模）。

2应用实例及效果分析

2.1工程概况

挂弓山隧道位于宜宾市临港经济技术开发区古井路上，设计为双洞四车道小净距隧道，其中，左线起讫桩号为K0+100～K0+860，全长760m；右线起讫桩号为YK0+100～YK0+843，全长743m，双洞设计线间距25m。该隧道地质条件差，均为围岩级别均为Ⅴ级。

2.2现场布置

现场采用TSP203plus超前地质预报系统，该系统硬件部分由三大部分组成，分别为主机（记录单元）、三分量地震检波器（接收单元）和附件，软件为TSPwin数据处理软件[6]。

现场设置接收孔1个，位于隧道一侧边墙，距离掌子面52m，离隧道底面1.5m，直径40mm，孔深2m，垂直边墙向下倾斜10°；现场布置炮孔24个，位于接收孔同一侧边墙，第一孔距离接收孔16m，末孔距离掌子面1.5m，炮孔间距1.5m，炮孔直径30mm，孔深1.5m，垂直边墙向下倾斜10°，用水封孔。现场布置如图2所示：

图3K0+292处二维成果图

通过对图3的分析可以预测出：探测范围内K0+302～K0+311、K0+319～K0+329、K0+335～K0+348、K0+357～K0+363、K0+369～K0+392段岩体强度弱或者变化较大，较破碎，风化程度较高，可能为破碎带或节理密集带，局部顶板可能有掉块现象，开挖过程中有可能发生拱顶垮塌，需加强观测，并及时加强超前支护工作，建议及时跟进超前钻探工作，其中K0+335～K0+344、K0+359～K0+366和K0+388～K0+392属于重点监控区带，建议及时跟进超前钻探预报工作。其余段岩体较完整，开挖过程中发生垮塌或突水的可能性较小。

2.4开挖验证

开挖后，将实际地层地质情况与预报结果进行了对比，除K0+363～K0+369和K0+369～K0+392段地层实际情况与预测结果有一定偏差外，其余预测结果基本与实际情况吻合。其中K0+363～K0+369段实际地层揭露情况为岩体强度较差，节理局部发育，围岩较破碎、较风化，稳定性差，为Ⅴ围岩；K0+369～K0+392段实际地层揭露情况为仅K0+369～K0+380段岩体强度较差，节理局部发育，围岩较破碎、较风化，稳定性差，裂隙较发育，K0+380～K0+392段岩体强度较强，节理局部较发育，较风化泥岩、砂岩，围岩较完整，稳定性提高，为Ⅳ级围岩。

通过验证结果可以看出，接近100m处远端数据较不可靠，可以通过预留安全距离（一般为20m）来降低风险，其余结果均较为准备，能够满足隧道安全掘进要求。

3结论

通过上述实例分析可知，TSP是一种较为有效的隧道超前地质预报方法，能够为隧道施工提供可靠的地质预测资料，是隧道提前制定预防措施以实现安全施工降低事故率的有力保障。但TSP预报末端数据的可靠性还有待进一步提高，笔者认为可以通过提高原始数据的采集质量（如严格控制钻孔和封孔质量、确保套管与岩体耦合良好、选择合理药量、排除现场其他震动干扰等），建立不良地质体探测结果特性数据库、不断通过实践总结经验，并改进采集、处理和解释方法等来提升TSP的探测精度，有条件的情况下还可以结合其他物探方法（如探地雷达法、瞬变电磁法等）进行综合超前地质预报，以提高预报的精度和可靠性。

参考文献:

[1]刘志刚，凌宏亿，俞文生.隧道隧洞超前地质预报[M].北京:人民交通出版社，2011

[2]李卫华.超前地质预报技术在武隆隧道岩溶地质施工中的应用[J].铁路标准设计，2003,S1:58-60

[3]张先锋等.隧道超前地质预报技术指南[M].北京:人民交通出版社，2013

[4]王登锋.TSP在广大线下庄1号隧道超前地质预报中的应用研究[D].西南交通大学硕士学位论文，2016

[5]何樵登.地震勘探原理与方法[M].地质出版社，1985

[6]刘志刚，赵勇.隧道隧洞施工地质技术[M].北京:中国铁道出版社.2001

作者简介：缪强，男，1983年出生，本科，从事公路工程施工与管理工作，云南省昆明市西山区安瑞路101号8楼810室，邮编650032。