TSP地质超前预报在柞水隧道施工中的应用.pdf

第 3 6卷 第 2 5期 3 1 8 2 0 1 0年 9月 山 西 建 筑 s hanxi arch i tecture vl0 i 3 6 no 2 5 s e p 2 01 0 文章缩号 ： 1 0 0 9 6 8 2 5 ( 2 0 1 0) 2 5 0 3 1 8 0 2 t s p地质超前预报在柞水隧道施工中的应用 郭 孟 宅 摘要： 简单介绍了 p地质超前预报的原理和检测方法及组成、 优点， 针对柞水隧道地段地质条件复杂的特点， 具体 阐述了采用t s p技术对其进行超前预报的步骤， 根据探测结果得出结论， 并提出相应建议， 对类似工程具有指导意义。 关键词： 隧道， t s p ， 地质超前预报技术， 优点 中图分类号 ： u 4 5 6 3 3 隧道施工地质超前预报 ， 就是利用一定的技术和手段收集隧 道所在岩体的有关资料， 并运用相应的理论和规律对这些资料进 行分析、 研究 ， 从而对施工掌子面前方岩体情况或成灾可能性做 出预报。我国目前正在进行大规模的基础设施建设中， 包括有大 量的铁路、 公路、 引水等隧道( 隧洞) 建设， 其中有不少隧道处在复 杂岩性、 构造、 高地应力地区。在我国隧道施工中由于对施工前 方地质条件的不了解造成的隧道坍塌 、 突水等事故时有发生。因 此普遍在隧道施工中采用地质超前预报技术 ， 特别是采用国际先 进的( a mb e g ) 技术公司t s p( t u n n e l s e i s mi c p r e d i c t i o n ) 波方法的 地质超前预报技术对提高我国隧道建设的水平有很大的帮助。 1 p方法简介 1 1 原理 、 方 法 t s p方法属于多波多分量高分辨率地震反射法。地震波在 设计的震源点( 通常在隧道的两边墙 ， 大约 2 4个炮点) 用小量炸 药激发产生。当地震波遇到岩石波阻抗差异界面( 如断层、 破碎 带和岩性变化等) h e， 一部分地震信号反射回来 ， 一部分信号透射 进入前方介质。反射的地震信号将被高灵敏度的地震传感器接 收。数据通过 t s l n软件处理 ， 便可了解隧道工作面前方地质 体的性质( 软弱带 、 破碎带、 断层 、 含水等) 、 位置及规模。 1 2 p探 测 系统 1 2 1 ts p探测系统分数据采集系统 t s p采集系统由记录仪、 接收仪和起爆装置等组成( 见图 1 ) 。 通常要求采用两个接收仪和 2 4个爆破孔组成， 接收仪孔和爆破 孔分别布置在掌子面附近两面的边墙上。接收仪是用来接收地 震信号的仪器， 安装在一个被水泥或两节环氧树脂夹固定在岩层 上的管套里面。起爆装置是由一个常规的带有发射回路的外部 触发盒的爆破器组成。 1 2 2 p处理系统 1 ) 提取反射波。t s p记录的各种波当中， 只有那些从掌子面 前方和隧道旁边反射过来的携带了岩石性质的波才有用。这些有 用的反射波可以通过滤波器从其他波里分离出来。2 ) 分离 p波 和 s波。把 x， y和z方向上的记录转换成 p波、 s h波和 s v波。 文献标识码 ： a p波为压缩波( 纵波) ， s波为剪切波( 横波) ， 其中 s v波表示质点 在垂直面内运动的横波， s h波表示质点在水平面内运动的横波。 3 ) 接收数据分析。t s p采集到的数据， 通过 t s p w i n 软件处理 ， 获 得 p波、 s h波、 s v波的时间剖面、 深度偏移剖面和反射层提取以 及岩石物性参数等成果。在提取的波形图中， 以p波为主对岩层 进行划分， 结合横波资料对地质现象遵循以下准则进行解释 ： a 正反射振幅表明硬岩层， 负反射振幅表明软岩层； b 若 s波反射 较 p波强， 则表明岩层饱含水； c 较大的增加或泊松比 突然增大， 常常因流体的存在而引起 ； d 若 下降， 则表明裂隙 或孔隙度增加。 图 1 地质超前预 报示意 圈 1 3 的优 点 1 ) 适用范围广。2 ) 预报距离长。3 ) 对隧道施工干扰小。4 ) 探测时间短。5 ) 提交资料及时。6 ) 描绘出掌子面前方与隧道轴 线相交的同相轴及边界位面的 2 d， 3 d成果图。 2 超前地质预报工作的开展 2 1 收集并熟悉资料 柞水隧道位于陕西省南部秦岭山区， 穿越段地质条件复杂， 受地质构造影响严重， 不良地质现象 比较集中。隧道穿过秦岭褶 皱带 ， 岩性普遍变质， 断层节理、 片理发育。软质岩揉皱十分普 遍 ， 一般表现为岩层错位、 产状变化、 地层缺失、 岩体破碎、 地貌特 征及不良地质发育等， 都与断层关系密切。 2 2 地质超前预报工作的实施 根据设计地质资料， 本次 白检波器位置至预报区( r k 6 7+ o 7 0 r k 6 7 +2 7 4 ) 区段内贯穿v级围岩、 级深埋、 级围岩和 级 c o n s t r u c t i o n p r o g r a m o f s h e n j i a s l o p e t u n n e l e n t r a n c e gu o rl l i a b s t r a c t ： wi t h s h e n j i a s l o p e t u n n e l a s a l l e x a mp l e i t p r o p c e s t u n n e l e n t r a n c e con s t r u c t i o n p r o g r a m am o n g s o f t a n d w e e k t u r b i d i t i e s s e q u e n c e th r o u g h s u c c e s s f u l a p p l i c a t io n o f t h e s u r f a c e p r e - g r o u t i ng ， l o n g p i p e s h e d a n d t h e h o l e b o d y t h r e e - s t e p c o n s t r u c t i o n，i t e n s u l t h e s a f e a n d s t a b l e con s t r u c t i o n a t t h e t u n n e l e n t r a n c e ke y w o r d s ：t u n n e l e n t r a n c e ，s u rfa c e g r o u t i ng ，l o ng s t e e l p i p e ，t h r e e - s t e p me t h o d 收稿 日期 ： 2 0 1 0 0 5 1 8 作者简 介： 郭盂宅 ( 1 9 7 9 ) ， 男 ， 助理工程师 ， 中铁十八局隧道工程公 司， 天津3 0 0 2 2 2 荤 郭 孟 宅 ： 、 p 地 质 超 前 预 报 在 柞 水 隧 道 施 工 中 的 应 用 3 1 9 围岩。目前 ， 已经开挖段实际情况是： 在 r k6 7+0 7 0r k6 7+ 1 3 5区段地层岩性v级围岩为强风化变粒岩， 灰绿色深灰色 ， 片 理、 节理、 裂隙发育， 较杂乱 ， 微张或张开， 岩体破碎， 呈角砾碎 石状松散结构。围岩稳定性差， 有滴水及渗流现象。目前掌子面 r k 6 7 +1 3 5处围岩节理裂隙发育， 岩性为变粒岩。 2 2 1 观测系统设计 接收器位置在 r k6 7+0 7 0 ， 掌子面位置为 r k 6 7 +1 3 5 ， 设计 2 4个炮点， 2个接收器同时接收。观测系统设计见表 1 ， 图2 。 2 2 2仪器采集参数 数据采集 时， 采用 xyz三分量同时接收， 采样间距 6 2 5 ， 记录长度 4 5 1 1 2 5ma ( 7 2 1 8采样数) 。激发地震波时， 采 样无爆破延迟时的瞬发电雷管， 防水乳化炸药， 装药量为 7 5 g 1 0 0 g 左右。实际激发 2 2炮， 记录地震数据 2 0 炮。 表 1 观测 系统设计 系统 接收( 检波) 器孔 炮孔 数量 2 个， 隧道左、 右边墙各 1 个 2 4 个爆破孔， 位于隧道左边墙 直径 似2 似5钻头钻孔 帕2 奶8 钻头钻孔 深度 m 2 1 5 垂直隧道轴向， 孔位向上 垂直隧道轴向， 孔位向下 定向 倾斜 5 -1 0 倾斜 1 0 。 -2 0 。 高度 离隧底高 1 m 离隧底高 1m 第 1 个炮孔离侧检 位置 距掌子面5 0 5 m左 右 波器 1 5m ，炮点距 1 5 r a 圈 2 观测系统仰 视示意图 2 2 3资料分析 1 ) 资料处理流程。处理流程为 ： 原始数据一软件计算一得到 时间一深度剖面一提取参数一地质解释。2 ) 误差分析。隧道超 前预报时， 地震波速离散性大， 软件处理时取波速平均值； 当两个 反射面间距不超过 i m， 合并为一个界面， 因此， 薄层的软、 硬岩石 互层软件可能会合并成均质岩石考虑； 理论预报误差为预报范围 的 5 。本次检测由于部分炮孔堵塞不好 ， 对采集数据有一定影 响， 本次设计为双检波器， 由于现场检波器损坏， 采用单检波器。 3 ) 预报成果。此次 僻2 o 3地质超前预报在柞水隧道右线进行。 在对原始数据的软件处理中， 2 o 炮数据参与分析， 其余 2 炮没有 参与数据分析。 通过对二维结果图分析， 主要存在 问题的区段见 表 2 ( 以目前掌子面( 尉( 6 7 +1 3 5 ) 岩石情况为参照物) 。 2 2 4预报结论及建议 1 ) r k6 7 +1 3 5 r k6 7 +1 4 5 ( 1 0 m) 范围内岩性为强风化变粒 岩， 围岩强度与掌子面基本一致 ， 节理裂隙发育 ， 建议加强初期支 护。2 ) r k 6 7 +l 4 5 r k 6 7 +1 6 0 ( 1 5 m) 范围内岩性分析为强风化 变粒岩， 岩石强度与掌子面基本一致 ， 节理裂隙发育， 局部渗水， 建议加强初期支护和防、 排水工作。3 ) r k 6 7+1 6 0 r k6 7 +1 7 7 ( 1 7 m) 范围内岩性分析为强风化变粒岩 ， 围岩强度较掌子面降 低 ， 节理裂隙发育， 岩体较破碎 ， 局部渗水 ， 建议加强初期支护和 防、 排水工作。4 ) ( 6 7+l 7 7 r k6 7+1 9 o ( 1 3 m) 范围内岩性分 析为强风化变粒岩， 岩石强度与掌子面基本一致 ， 节理裂隙发育、 局部渗水， 建议加强初期支护和防排水。5 ) 融( 6 7+1 9 0 -r k6 7+ 2 1 0 ( 2 0 m) 范围内岩性分析为强风化变粒岩 ， 岩石强度与掌子面 基本一致 ， 节理裂隙发育、 局部渗水， 建议加强初期支护和防排 水。6 ) r k6 7 +2 1 0 r k 6 7 +2 2 3 ( 1 3 m) 范围内岩性分析为强风化 变粒岩， 岩石强度较掌子面低一些， 节理裂隙发育、 局部渗水， 建 议加强初期支护和防排水。7 ) r k6 7 +2 2 3 r k6 7 +2 3 9 ( 1 6 m) 范 围内岩性分析为强风化变粒岩， 岩石强度较掌子面降低 ， 节理裂 隙发育 ， 岩体较破碎， 局部渗水， 建议加强初期支护和防排水工 作。8 ) r k6 7 +2 3 9 -r k 6 7 +2 7 3 ( 3 4 m) 范围内岩性分析为强风化 变粒岩， 岩石强度与掌子面基本一致， 节理裂隙发育， 局部渗水， 建议加强初期支护和防排水工作。 根据二维视图以及岩石力学参数分析， 隧道内掌子面前方 r k6 7 +1 6 0 -r k6 7十1 7 7段局部地段岩体较破碎， 有渗水的可 能 ， r k 6 7 + 2 2 3 -r k 6 7 +2 3 9 段岩石较破碎 ， 应高度重视 ， 加强初 期支护工作， 防止塌方。 裹 2 存在 问题的 区段及结果 里程 长度 m 推断结果 r k 6 7 +1 6 0 1 7 纵波降低， 表明岩石强度降低 ， 裂晾发育、 岩石较 r k 6 7 +1 7 7 破碎， 局部有渗水 r k 6 7 +2 2 3 1 6 纵波降低， 横波变化不大， 泊松变小， 表明岩石强 r k 6 7 + 2 3 9 度降低， 节理裂晾十分发育、 岩体较破碎 3 结语 在施工过程中采用了超前地质预报系统， 有效地保证了施工 安全 ， 提高了施工速度， 在很大程度上消除了施工的盲 目性， 确保 了施工的安全快速进行， 所以在高速公路施工中采用地质超前预 报是十分必要的。另外 ， 由于地质雷达探测结果受到各种因素的 影响， 所以在分析处理数据时应根据工程的实际情况合理地选取 地质雷达测量参数 ， 并结合掌子面的实际情况合理地对隧道施工 前方进行有效的地质条件预测。 参考文献： 1 刘志刚 隧道施工地质工作方法 j 石家庄铁道学院学报， 2 0 0 0 ， 1 3 ( 4 ) ： 1 3 1 6 2 王洪勇 综舍超前地质预报在 圆梁山隧道 中的应用 j 现 代 隧道技 术 ， 2 0 0 4 ， 4 1 ( 3 ) ： 5 5 6 1 3 何发亮， 李苍松， 陈成宗 隧道地质超前预报 m 成都： 西 南交通大学出版社， 2 0 0 6 4 李 勇， 孙喜峰， 李延 隧道施工地质超前预报方法 j 地质与资源， 2 0 0 4 ， 1 3 ( 2 ) ： 1 1 9 1 2 2 th e a pp l i c a t i o n o f ts p g e o g r a phi c a l a d v a nc e d pr e d i c t i o n i n t he c o n s t r u c t i o n o f zh a s hu i t u nn e l guo me n g - z h a i ab s t r a c t ：i t b r i e fl y i n t r o d u c e s t h e r a t i o n a l e ， mo n i t o r i n g me t h o d s ， comp o s i t i o n a n d a d v an t a g es o f ts p g e o g r a p h i c a l a d v a n c e d p r