TSP在云南元磨高速公路隧道超前地质预报中的应用

TSP隧道超前地质预报 内容1前言 2TSP原理与方法3应用事例与效果分析4结论 1 前言 TSP TunnelSeismicPrediction 系统是为隧道超前地质预报而专门设计的 是目前隧道超前地质预报中最新的地球物理探测方法之一 属地震反射波勘探方法 TSP预报 断层及其破碎带 节理 裂隙 发育带 软弱岩层 含水地质体及充水状况 围岩的岩石物理力学参数结合隧道设计资料和掘进地质素描资料 可以对围岩级别进行确定 为隧道施工和支护参数的确定提供依据 2 TSP原理与方法 TSP原理 系统组成 表面 反射界面 介质1 i Vi 介质2 i 1 Vi 1 透射波 反射波 反射系数R i 1Vi 1 iVi i 1Vi 1 iVi 物理基础 R 0 直达波 滑行波 折射波 根据波的传播路径地震波的分级 反射振幅A反 R A入 转换横波 反射横波 介质密度V 速度 TSP工作方法 仪器 TSP203 观测系统 0 15m 49 5m24个炮点1个 或2个 检波器接收 震源 炸药 炮点距 1 5m 采样率 62 5 s或125 s 记录长度 451ms 最大记录长度1 808s 最大探测长度超过1000m 数据处理与解释 TSPwin 专用配套软件 也可以根据不同的预报距离调整上述参数 如增大炮点距 增加激发药量等 就可以预报更大的距离 采集的三分量地震记录 TSP探测成果 分离的P SH SV波时间剖面 深度偏移剖面以及提取的地震反射层位 提取的反射层 深度偏移剖面 2D及3D成果显示 通过TSPwin软件计算的岩石物理及力学参数 关于TSP解释准则 正反射振幅表明硬岩层 负反射振幅表明软岩层 若S波反射较P波强 则表明岩层饱含水 Vp Vs增加或泊松比突然增大 常常由于流体的存在而引起 若Vp下降 则表明裂隙或孔隙度增加 关于软 硬岩层识别的依据 表面 反射界面 介质1 i Vi 介质2 i 1 Vi 1 反射波 反射波振幅的极性决定岩石的相对软硬 与公路相关标准中岩石等级划分的硬质和软质岩石不一致 密度 和速度V的影响因素 岩石成分 孔隙度 流体含量 地质年代 埋深 构造运动影响等 正极性 红色负极性 兰色 TSP成果解释 波的动力学特征波形频谱振幅 围岩地质体性质 空间位置和规模 TSP隧道超前地质预报工作流程 TSP数据采集 TSP数据处理 波的运动学特征传播路径速度时间 安定断裂 阿墨江断裂 把边江断裂 哀牢山变质岩带 红河断裂 稳定地块 云南元 江 磨 黑 高速公路 国道213线云南境内部分 全长147 37千米 设计隧道23座 从短隧道到特长隧道均有 地质条件复杂 哀牢山变质岩带 红河断裂 安定断裂 阿墨江断裂 把边江断裂 3 应用事例与效果分析 影响隧道施工的主要地质因素 岩性复杂 沉积岩 岩浆岩 变质岩 构造复杂 断层 节理 地质破碎区 地表水系发育 地下水丰富 岩溶区 不良地质因素导致下述问题 塌方 沉陷 涌水 人员和设备伤害 影响进度和形象为确保隧道施工质量 安全和进度 采用TSP方法对隧道进行超前地质预报工作 应用现场 安装接收单元 检波器 数据采集 实例分析之一 破碎带情况 DFYK隧道上行线K256 281 K256 131段TSP预报REF FACE 60m在施工过程中 K256 221掌子面发生坍方 围岩为炭质板岩 破碎 为了治理 采用TSP探测 深度偏移剖面K256 221 216段明显反映出岩层破碎的特征 破碎带在K256 216处结束 治理验证 结果与预报完全吻合 破碎区 K256 281 K256 131 预报的地质剖面 破碎区 破碎区 实例分析之二 富水情况 DFYK隧道上行线K256 103 K255 953段TSP预报R F 55mTSP预报K256 052 K255 999软弱岩层 富水段实际施工情况K256 052 K255 999为炭质板岩夹板岩 K256 044 K256 000段涌水量大 施工中增加了排水设施 增强支护 预报富水段 预报富水段 预报软弱岩层 实例分析之三 软弱岩层 DFYK隧道上行线K255 839 K255 689段TSP预报K255 756 K255 741软弱岩层 含水实际情况挖遇炭质板岩 裂隙渗水 在K255 758 755段发生坍塌 越过K255 741后围岩为硬质的板岩 K255 903 K255 689 预报的地质剖面 软弱层 实例分析之四 关于断层 DFYK隧道下行线K256 180 K255 987K256 084 K255 934TSP预报 K256 131 K256 237 原设计K256 080 K256 000为断层 TSP探测图象没有反映断层存在的特征实际施工情况没有发现断层 设计图中的断层 BLQ隧道上行线K286 674 K286 574TSP预报REF F 46m 原设计K286 630为断层 TSP预报K286 642 K286 619为断层及其影响带实际地质情况K286 641 K286 620段为泥岩夹粉砂岩透镜体 见断层派生节理 掌子面渗水 K286 720 断层 K286 720 K286 574 预报的地质剖面 预报断层 实例分析之五 关于煌斑岩 DFYK隧道下行线K255 047 K255 197TSP预报 TSP预报煌斑岩范围K255 160 K255 228实际施工情况目前已挖至K255 150 仍然没遇到煌斑岩 设计K255 040 K255 270为煌斑岩 K254 998 K255 197 预报的地质剖面 预报位置 2D结果显示及岩石物性图 预报煌斑岩分布区 围岩级别的确定 围岩级别 公路工程地质勘察规范 围岩的软硬 构造影响程度 围岩物理力学参数 TSP探测成果 含水情况 节理发育情况 泊松比 密度 纵波速度 静态杨氏模量 TSP探测成果确定围岩级别 DFYK隧道K255 046 157段K255 046 094 094 157段分别设计为 级围岩 根据TSP探测结果 参照有关标准及计算的力学参数 围岩级别应为 级 但结合该段岩性为板岩 受断层构造影响程度较高 局部富水 节理发育情况 将围岩级别判定在 级 实际施工的地质情况与预报相基本吻合 施工时已调整了支护参数 增强了支护 4 结论采用TSP技术能够对隧道工作面前方围岩地质情况的性质 位置和规模进行比较准确的探测 包括 断层及其破碎带 节理 裂隙 发育带 软硬岩层 含水地质体及其充水状况 岩溶发育状况 围岩级别通过TSP预报 了解前方存在的地质缺陷情况 隧道施工和及时调整支护参数提供依据 有效地控制了地质事故的发生 保证施工质量和安全 将风险减到最小 提高隧道掘进的速度 赢得施工时间 TSP隧道地震预报技术 预报范围大 一般为