TSP-203在蒙河鐵路楚村隧道超前地質(zhì)預(yù)報中的應(yīng)用
更新時間：2021-04-10 17:51
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TSP方法是目前隧道施工地質(zhì)預(yù)報中先進(jìn)的方法之一,是采用地球物理探測手段來解決隧道施工中的地質(zhì)問題,對隧道挖掘確保施工質(zhì)量和安全起到至關(guān)重要的作用.文章介紹了使用該儀器對楚村隧道平導(dǎo)轉(zhuǎn)正洞掌子面DK39+470里程處進(jìn)行預(yù)報,并結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際開挖情況,證明了本次預(yù)報的準(zhǔn)確性.
關(guān)鍵詞：TSP-203；隧道超前預(yù)報；巖溶隧道
TSP203 測量系統(tǒng)是瑞士安伯格測量技術(shù)公司研制的一種先進(jìn)的超前預(yù)報方法,廣泛應(yīng)用于隧道施工過程中的超前地質(zhì)探測,其探測范圍可達(dá)數(shù)百米,為安全高效的隧道施工提供決策依據(jù).該系統(tǒng)獲得瑞士國家專利,代表了當(dāng)今隧道地質(zhì)超前預(yù)報技術(shù)的最新水平.目前,該系統(tǒng)在我國工程地球物理研究和工程建設(shè)中得到廣泛應(yīng)用.
一、、TSP203隧道超前預(yù)報系統(tǒng)工作原理簡介
(一)原理
TSP方法屬于多波多分量高分辨率地震反射法.地震波在設(shè)計的震源點(diǎn)（通常在隧道的左或右邊墻,大約24個炮點(diǎn)）用小量論文范文激發(fā)產(chǎn)生.當(dāng)?shù)卣鸩ㄓ龅綆r石波阻抗差異界面（如斷層、破碎帶和巖性變化等)時,一部分地震信號反射回來（圖1）,一部分信號透射進(jìn)入前方介質(zhì).反射的地震信號將被高靈敏度的地震檢波器接收.數(shù)據(jù)通過TSPwin軟件處理,便可了解隧道工作面前方地質(zhì)體的性質(zhì)（軟弱巖帶、破碎帶、斷層、含水巖層等）和位置及規(guī)模.
在成果解釋中,以P波資料為主對巖層進(jìn)行劃分,結(jié)合橫波資料對地質(zhì)現(xiàn)象進(jìn)行解釋.對處理成果的解釋與評估,主要根據(jù)以下原則進(jìn)行：
（1）反射振幅越強(qiáng),反射系數(shù)和波阻抗的差別 越大.
（2）正反射振幅（紅色）表明正的反射系數(shù),表明剛性巖層；負(fù)反射振幅（蘭色）指向軟弱巖層.
（3）若S波反射比P波強(qiáng),則表明巖層飽含水.
（4）Vp/Vs較大的增加或泊松比δ突然增大,常常因流體的存在而引起.
（5）若Vp下降,則表明裂隙密度或孔隙度增加.
(二)資料處理流程
(三)誤差分析
隧道超前預(yù)報時,地震波速離散性大,軟件處理時取波速平均值；當(dāng)兩個反射面間距不超過1m,合并為一個界面,因此,薄層的軟、硬巖石互層軟件可能會合并成均質(zhì)巖石考慮；理論預(yù)報誤差為預(yù)報范圍的5％.
二、 工程概括
楚村隧道位于云南省蒙自縣朗敞寨與新現(xiàn)車站之間.區(qū)內(nèi)屬溶蝕、剝蝕中山地貌,地面高程1500~ 1830米,相對高差大于300米.本隧道最大埋深300米.上覆第四系全新統(tǒng)坡洪積、坡殘積粘土及坡崩積塊石土、下伏三疊系中統(tǒng)個舊組灰?guī)r、白云巖.隧區(qū)位于紅河大斷裂以北,區(qū)域性長大斷裂主要有龍骨塘-吉米-南汗大斷層(F8)、所基口擠壓帶（F52）、五里沖7#斷層、五里沖21#斷層、五里沖8#斷層.區(qū)內(nèi)構(gòu)造發(fā)育,巖層產(chǎn)狀多變,節(jié)理裂隙發(fā)育,加上灰?guī)r、白云巖多呈石芽狀出露,野外判別層理面較困難.隧道洞身地表水不發(fā)育,線路左側(cè)800米處為五里沖水庫,為蒙自城市生活用水,其常年蓄水位為1458米.
三、 應(yīng)用分析
本次預(yù)報時間為2010年7月23日,預(yù)報段為楚村隧道平導(dǎo)轉(zhuǎn)入正洞區(qū)域,該區(qū)域洞身部位巖溶強(qiáng)烈發(fā)育,洞身受五里沖21#斷層影響,巖體破碎~ 較破碎,地下水豐富,圍巖穩(wěn)定性差,易產(chǎn)生突水突泥及坍塌.本次現(xiàn)場采集、處理過程如下：
(一)現(xiàn)場觀測系統(tǒng)布置
接收器位置在DK39+206522.87,掌子面位置為DK39+145470,設(shè)計為24個炮點(diǎn),1個接收器（檢波器）接收.
(二)儀器采集參數(shù)
數(shù)據(jù)采集時,采用X-Y-Z三分量同時接收,采樣間隔62.5μs,記錄長度451.125ms（7218采樣數(shù)）.激發(fā)地震波時,采用無爆炸延遲時的瞬發(fā)電論文范文,防水乳化論文范文,藥量為50克左右.實(shí)際激發(fā)24炮,記錄地震數(shù)據(jù)24炮.
(三)數(shù)據(jù)分析
數(shù)據(jù)調(diào)整→帶通濾波→首波拾取→拾取處理→炮能量平衡→Q估計→反射波提取→P波、S波分離→速度分析→縱向深度偏移→反射面提取等一系列分析處理過程,最終顯示掌子面前方與隧道軸線相交的反射同相軸及其地質(zhì)解釋的二維成果圖.
現(xiàn)場掌子面（DK39+206470DK40145）的實(shí)際情況是區(qū)段地層巖性主要為白云巖,灰?guī)r,薄層~ 中厚層狀,灰白色,巖體較破碎~ 較完整,裂隙水不發(fā)育.
從二維成果圖分析,在410391段測區(qū),存在反射界面,P波突然降低,密度及動態(tài)楊氏模量都有不同程度的下降；且VP∕VS及泊松比減小,各項(xiàng)參數(shù)相對變化明顯.結(jié)合設(shè)計資料,該區(qū)域已進(jìn)入巖溶強(qiáng)烈發(fā)育地段；初步判定該段地質(zhì)巖性改變,巖溶強(qiáng)烈發(fā)育,有溶洞 存在.
2010年9月8日現(xiàn)場開挖揭露在DK39+398~ DK39+391處線路偏右發(fā)現(xiàn)溶洞,與預(yù)報范圍基本吻合.
四、結(jié)語
在楚村隧道的TSP超前地質(zhì)預(yù)報工作中,我們不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn),并參考實(shí)際開挖情況進(jìn)行對比分析,真正做到了“預(yù)報→實(shí)際→預(yù)報→實(shí)際→辨別”多次循環(huán)的認(rèn)識和提高,從而不斷提高了超前地質(zhì)預(yù)報工作的準(zhǔn)確性,為現(xiàn)場施工提供了可信的資料,有效預(yù)防了各類不良地質(zhì)災(zāi)害,避免了因?yàn)榈刭|(zhì)問題造成的人力、資源的浪費(fèi).
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