TSP-203在蒙河鐵路楚村隧道超前地質預報中的應用
更新時間：2021-04-10 17:51
|
閱讀量：
TSP方法是目前隧道施工地質預報中先進的方法之一,是采用地球物理探測手段來解決隧道施工中的地質問題,對隧道挖掘確保施工質量和安全起到至關重要的作用.文章介紹了使用該儀器對楚村隧道平導轉正洞掌子面DK39+470里程處進行預報,并結合現(xiàn)場實際開挖情況,證明了本次預報的準確性.
關鍵詞：TSP-203；隧道超前預報；巖溶隧道
TSP203 測量系統(tǒng)是瑞士安伯格測量技術公司研制的一種先進的超前預報方法,廣泛應用于隧道施工過程中的超前地質探測,其探測范圍可達數(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,代表了當今隧道地質超前預報技術的最新水平.目前,該系統(tǒng)在我國工程地球物理研究和工程建設中得到廣泛應用.
一、、TSP203隧道超前預報系統(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.地震波在設計的震源點（通常在隧道的左或右邊墻,大約24個炮點）用小量論文范文激發(fā)產生.當?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）,一部分信號透射進入前方介質.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體的性質（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行劃分,結合橫波資料對地質現(xiàn)象進行解釋.對處理成果的解釋與評估,主要根據(jù)以下原則進行：
（1）反射振幅越強,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；負反射振幅（蘭色）指向軟弱巖層.
（3）若S波反射比P波強,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
隧道超前預報時,地震波速離散性大,軟件處理時取波速平均值；當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巖石考慮；理論預報誤差為預報范圍的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)內構造發(fā)育,巖層產狀多變,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、 應用分析
本次預報時間為2010年7月23日,預報段為楚村隧道平導轉入正洞區(qū)域,該區(qū)域洞身部位巖溶強烈發(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,設計為24個炮點,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解釋的二維成果圖.
現(xiàn)場掌子面（DK39+206470DK40145）的實際情況是區(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,各項參數(shù)相對變化明顯.結合設計資料,該區(qū)域已進入巖溶強烈發(fā)育地段；初步判定該段地質巖性改變,巖溶強烈發(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,與預報范圍基本吻合.
四、結語
在楚村隧道的TSP超前地質預報工作中,我們不斷總結經驗,并參考實際開挖情況進行對比分析,真正做到了“預報→實際→預報→實際→辨別”多次循環(huán)的認識和提高,從而不斷提高了超前地質預報工作的準確性,為現(xiàn)場施工提供了可信的資料,有效預防了各類不良地質災害,避免了因為地質問題造成的人力、資源的浪費.
