TGP206A在隧道超前预报中的应用 超前地质预报技术在隧道中的应用
时间：2019-04-21 03:18:09 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘 要：由于地质、地形条件的复杂性和相应勘察技术水平，以及时间、经费等条件的限制，勘察阶段的地质资料一般难于达到隧道工程施工阶段的精度要求。因此，在隧道工程施工阶段开展地质超前预报是非常必要的。TGP206A是利用地震反射波和绕射波原理，对隧道掌子面前方的地质条件进行探测，该系统理论分析合理, 工程实践证明可靠，并且从数据采集到处理高度智能化。文章使用此仪器对隧道掌子面里程桩号K82+213处进行了超前预报，结合实际开挖，分析了超前预报的实用性和有效性以及在指导施工方面起的重要作用。
关键词：超前预报；TGP206A；隧道
中图分类号：U452.11 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2012）11-0140-02
隧道工程施工期间围岩的稳定性主要有8大主控因素：地层岩性、地质构造、原岩应力场、地下水、地质工程环境、隧道设计结构、开挖工艺方法与支护体系等。其中前5大因素为客观地质因素，后3大因素为人为因素且受控于前5大因素。在施工过程中几乎所有隧道都会受到地质灾害的侵扰，可以说隧道工程建设过程就是与地质灾害斗争的过程，在开挖隧道的过程中经常遇到不良地质体，如断层破碎带、岩性不整合解接触带、软岩、岩溶洞穴、岩溶陷落柱、采空区、岩爆、瓦斯及地下水等。在地质条件复杂的地区，由于勘察程度低和现场条件所限，使得前期勘察所获得的资料与隧道开挖后实际揭露出来的情况可能会有较大的出入，因而隧道施工的危险性很大。由于对掌子面前方地质条件了解不清，隧道施工就带有很大的盲目性，各种公路铁路隧道由于未知地质灾害带来的损失不计其数，如宜万铁路某隧道的特大突水事故，其破坏力将巨大的工程车冲压得面目全非，造成巨大的经济损失和灾难。因此，在隧道施工阶段开展地质超前预报和地质检测工作是非常必要的。
TGP206A（Tunnel Geology Prediction 206A）的工作原理是利用在隧道围岩内以排列方式激发的弹性波，在向三维空间传播的过程中，遇到岩体弹性阻抗界面，即地质岩性变化的界面、构造破碎带、岩溶和岩溶发育带等，会产生弹性波的反射现象，这种反射回波通过预先埋置在隧道围岩内的检波装置接收下来，其工作原理如图1所示。数据处理系统锁定掌子面前方一定角度范围，提取反射回波并对其旅行的时间、传播的衰减、以及相位的变化等进行分析，进而对隧道掌子面前方的岩体地质条件做出预报和判断，为施工措施和施工设计方案提供预报资料。
1 工程实例
1.1 工程概况
隧道左线起讫里程桩号：ZK81+076~ZK82+370，长1294 m；右线起讫里程桩号： K81+065~K82+363，长1298 m。隧道线路方向与岩层倾向接近一致，场地内地质构造较简单。区内出露地层主要有新生界第四系全新统坡残积层（Q4dl+el）、崩坡积层（Q4c+el）、坡洪积层（Q4dl+pl）、上更新统冰水堆积层（Q3fgl）、中更新统冰水堆积层（Q2fgl）、中生界白垩系下统灌口组（Klg）。
1.2 现场采集方法
本次预报检测时掌子面里程桩号为K82+213，左右壁对称各布置一个接收孔，里程桩号为K82+142，激发孔布置在洞壁左侧，激发孔的起止里程桩号为K82+162~K82+208，共布置24个激发炮孔。TGP206A超前预报测线布置如图2所示。
探测时，接收探头采用定向工具安装和采用黄油直接耦合钻孔壁。炸药激震的同步信号采取开路触发方式，在孔中灌满水的条件下激发，按序依次起爆和进行数据采集。药量控制在75～100g，各孔药量一致。工作中对炮孔段和掌子面岩体进行地质描述。
1.3 检测成果分析
采集的24道地震波数据，通过TGPwin软件进行处理，可得其同侧地震波三分量原始记录如图3所示，同侧综合地质预报成果如图4所示，三维空间横断面扫描成果如图5所示。
通过对TGP206A隧道地质超前预报成果的分析，划分掌子面前方148m范围的隧道围岩为2个地质单元，分别为：K82+213～K82+264段，长度51 m；K82+264～K82+361段，长度97 m。各地质单元的分析推断与施工建议如下：
①K82+213～K82+264段，长度51 m。围岩为粉砂质泥岩，该段估算岩体速度与测量段（炮孔实测段）岩体速度基本一致。在K82+213～K82+242段，推断其围岩较破碎，节理较发育，整体稳定性较差。在K82+242～K82+264段，其估算岩体速度比前一段稍有提高，推断其岩体性质变好，不过岩体仍然比较破碎，节理较发育，整体稳定性较差。建议在该段范围内进行施工时仍采用当前的施工方法。
②K82+264～K82+361段，长度97 m。围岩为粉砂质泥岩，该段估算岩体速度与前一段相比有所降低，其中K82+270～K82+286段和K82+312～K82+323段岩体估算速度有明显降低，在三维空间横断面扫描成果图上该区段也具有明显的异常现象。推断在桩号K82+264以后岩体性质开始变差，其中K82+270～K82+286段和K82+312～K82+323段岩体更差，岩体裂隙密集，风化严重，岩体松散、软化和泥化严重、地表水较丰富。建议接近上述区段施工时应提前做好岩体加固后施工，（例如：小导管注浆、短进尺、弱爆破等措施施工。具体采取的方法以设计要求和现场施工队伍具体条件来定。）尤其是隧道已经快接近洞口，隧道处于浅埋段施工，施工中更应该注意坍塌冒顶事故的发生。在施工过程中，大部分地方采用Ⅴ级施工，局部采用Ⅴ级加强施工。
2 结论与建议
①通过对隧道里程桩号K82+213至K82+361段的掌子面连续跟踪调查可知，其预报结果与施工开挖情况吻合较好，对不良地质段的判断比较准确。本次预报对隧道施工起到了重要作用。
②探测时应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、倾角等；钻孔前，应用测量仪器测定接收器孔和炮孔的位置，接收器孔和炮孔在同一水平面上，并用红油漆作标记。炮孔要标记序号。并且要注意保护好炮孔，成孔条件好的，孔内岩屑和泥浆要用水冲出孔外，以免炸药包放置不到位。成孔条件差的，完钻后要将柱状物(锚杆等)留在孔中，防止围岩掉块。
③在洞内的实际探测过程中, 要注意避开各种震动干扰，以保证采集资料的可靠性。
④对采集的数据进行分析时，必须参考隧道的详勘资料。由于地质的复杂性，要准确的确定隧道周围的地质条件，还需要与其他物探方法进行相互验证。
参考文献：
[1] 刘志刚.隧道隧洞超前地质预报[M].北京:人民交通出版社,2011.
[2] 刘云祯,梅汝吾.TGP隧道地质超前预报新技术[M].北京:北京市水电物探研究所,2012.
[3] 王亚伟.TSP超前预报系统在隧道施工中的应用[J].科技创新导报,2009,(8).
