对我国当前应用TSP的意见.ppt

石家庄铁道学院桥隧施工地质技术研究所 刘志刚 对当前我国应用TSP 存在问题的研讨 1 前言 TSP（Tunnel Seismic Prediction，隧道地震波勘 探）设备是由瑞士安伯格开发、生产的，是当 前国内外最先进的隧道隧洞长期超前地质预报 设备，也是当前超前地质预报技术中的最重要 手段。它与其它超前地质预报的设备相比，最 大优点是：探测距离远（可达隧道隧洞掌子面 前方300500m,最大可达掌子面前方1500m） ，分辨率高（最高分辨率为1m），抗干扰能力 强（基本不受干扰），对施工影响很少（钻孔 和测试均在侧壁进行，洞内探测时间仅用45分 钟）。 在国外，瑞士、英国、法国和日本等发达国家的隧道 隧洞施工中，已普遍采用TSP进行超前地质预报工作 ，特别是TBM机械化施工，TSP已成为TBM的“孪生 兄弟”，据国外资料统计，它可为隧道隧洞施工增收节 支总经费的20%。 在国内，已经陆续引进并实际应用于隧道隧洞施工的 TSP近20台左右，其中包括TSP-202系列和TSP-203系 列。由于设备先进，经济和社会效益明显，我国还有 很多隧道隧洞施工企业准备购置该设备。 国内诸多单位在应用TSP的过程中，出现了一些问题 ，也产生了一些看法。例如，有些单位在应用TSP探 测过程中，对少量地下溶洞、暗河、岩溶淤泥带等强 富水带没能准确预报出来；再如，有些人认为TSP探 测解决不了围岩是否破碎（即围岩级别或类别）问题 等等。 上述诸多问题实际上是可以避免的。我 国对TSP设备引进时间过短，实际经验 积累不足，TSP探测和解译技术尚不过 关，特别是多数单位实际尚处于“学习” 和积累经验的阶段；另一个主要原因则 是单纯依赖TSP，没有实施综合超前地 质预报技术。为了解决我国在TSP应用 过程中出现的问题，笔者认为有以下几 个问题需要澄清和研讨。 2 正确认识TSP的两个系列 2.1 TSP-202 它为人工解译型，它是在基本解译原理的指导下，通过解译人 员比较扎实的地质学知识（特别是工程地质力学知识）和基本 功，依据各种不良地质体的成因特征和前兆标志，对成果图反 映的不良地质体的性质、类型，位置和规模进行解译。 它与TSP-203相比较： 缺点是：由于开发较早，所以，设备体积偏大，也较沉重； 必须通过双壁探测，并采用人工方法才能绘制三维成果图； 对成果解译人员要求较高，即它要求地质基本功扎实、地质 和物探工作经验丰富的“专家”型人才，所以，又称“专家”型设 备。它的优点是：由于它是通过各种不良地质体的成因特征和 成因标志、前兆标志，来解译成果的不良地质体的性质、类型 ，位置和规模的；所以，它较接近客观地质条件的实际情况， 探测解译的精度也相对较高。但由于对成果解译人员要求较高 ，不利于大量推广应用，目前厂家已停止生产。 2.2 TSP-203 它为智能解译型，即首先通过设备软件求得各种不良 地质体的主要的物理参数，然后通过解译人员对各种 不良地质体的物理参数的理解，对成果图反映的不良 地质体的性质、类型，位置和规模进行解译。 它与TSP-202相比较： 优点是：由于属于TSP-202换代产品，所以，设备 体积较小，重量也较轻；可以一次性自动绘制三维 成果图；成果解译人员要求不高，即不一定要求地 质基本功很扎实、地质和物探工作经验较丰富的“专家 ”型人才，所以，又称“普及”型设备。它的主要缺点是 ：由于物理参数很难完全反映不良地质体的性质、类 型，即只能近似反映不良地质体的性质、类型；所以 ，一般地说，TSP-203探测解译精度稍低。但它具有 解译技术要求低的优点（类似智能型相机），较适合 解译水平一般的技术人员使用，也便于普及、推广应 用。 3 提高TSP探测和解译技术水平 TSP探测和解译技术需要经验的积累， 同时，更主要的是提高解译技术人员的 地质知识（特别是工程地质力学的知识 ）和野外、洞内地质工作的基本功。 3.1 TSP探测技术 严格按规定布置震源和传感器钻孔，并保证质 量，特别是孔距。 在地质知识（特别是工程地质力学的知识）根 基不深的条件下，必须坚持应用两个传感器， 实施双壁探测。 在洞内45分钟的实际探测过程中，尽最大努力 减少噪音；尽最大努力减少漏炮。 积累经验，掌握探明掌子面附近（前方）的不 良地质的炮眼布置方法。 3.2 TSP解译技术 依据工程地质力学的知识，正确选择和设定解 译的搜索角和调谐角。 尽量依据地质学的知识，通过对不良地质体成 因特征和成因标志的正确认识，判别不良地质 体的性质。 4 提高TSP超前预报的准确性和精度 要提高TSP超前预报的准确性和精度， 最主要的手段是实施综合超前地质预报 ；其次是限定TSP超前预报的范围。最 后，TSP探测必须有超前钻探的有力配 合。 4.1 TSP与工程地质学的超前地质预报手段结合 这是最主要的综合超前地质预报手段，它可以 变物探成果的“多解性”为“单解”，从而提高TSP 超前预报的准确性和精度。 与地面地质调查和地面地质体投射法的长期超 前预报技术相结合。 与断层参数预测法预报隧道断层的长期超前地 质预报技术相结合。 与掌子面编录预测法、不良地质前兆预测法等 短期超前地质预报的地质学预报手段相结合。 与地质灾害临近警报的超前预报手段相结合。 4.2 TSP与其它物探手段相结合 这是另一种综合超前地质预报的手段， 也有利于相互验证，提高TSP超前预报 的准确性和精度。 主要有地质雷达探测、声波探测和红外 线探测等短期超前地质预报的物探手段 。 4.3 限定有效超前预报的距离 设备的最有效的预报距离是掌子面前方100m 。在经验不足、地质基本功不过硬或其它预 报手段不能有效配合的条件下，一般应严格 将预报距离限定在掌子面前方100m是提高 TSP超前预报的准确性和精度的关键。只有 在经过近百次探测，总结了大量经验的基础 上，才能把预报的距离逐渐地扩展到150 200m。 4.4 超前钻探的有力配合 TSP探测与预报，一般应有超前钻探的有力配 合，特别是对地下水的超前预报，TSP探测的 成果只能半定量地预报有没有地下水，即只能 预报地下水是多水、少水、还是无水，是弱富 水带还是强富水带，即只能做出相对的评价结 论。只有通过超前钻探和临近警报才能准确预 报各类地下水的类型和有无大涌水甚至突泥突 水的可能性。 然而，TSP为超前钻探解决了钻探的目标和范 围这个重大问题，避免了超前钻探的盲目性， 因而极大地减少了钻探的次数，从而大量地节 约了超前钻探的费用；因而，其作用仍然是巨 大的。 5 提高TSP探测的实用性 TSP超前地质预报的成果，一般是预报 掌子面前方100200m范围内主要不良 地质体的性质、位置和规模；对施工单 位迫切需要解决的问题，例如，掌子面 前方哪个区段围岩破碎?什么地方有溶 洞、暗河或岩溶淤泥带等等，就需要加 强TSP解译的基本功。 具体途径是： 实施综合超前地质预报（如前述）。 运用工程地质力学关于“构造体系”、“构造型式 ”和构造演化的知识，正确判定所预报的断层破 碎带的力学性质和构造形迹的复合特征，并据 此预报断层破碎带的破碎程度和对围岩稳定性 的影响程度。 深入掌握溶洞、暗河或岩溶淤泥带等不良地质 体的成因特征和成因标志、前兆标志，分析它 们在TSP成果图上的表现，为准确解译提供前 提。 充分运用短期预报、临近警报，特别是超前钻 探等技术手段，特别是在关键区段要实施全方 位的跟踪地质工作。 6 结语 以上是笔者对当前我国应用TSP存在问 题的几点初步看法，有不妥之处，还望 同行批评指正。当然，还有其它一些问 题，诸