TGP隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)2

TGP隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)使用報(bào)告

蘭州交通大學(xué)工程檢測(cè)有限公司

一、TGP系統(tǒng)在隧道工程項(xiàng)目中的使用情況隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)是在分析既有地質(zhì)資料的基礎(chǔ)上，采用地質(zhì)調(diào)查、物探、超前地質(zhì)鉆探、超前導(dǎo)坑等手段，對(duì)隧道開挖工作面前方的工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件及不良地質(zhì)體的工程性質(zhì)、位置、產(chǎn)狀、規(guī)模等進(jìn)行探測(cè)、分析判釋及預(yù)報(bào)，并提出技術(shù)措施和建議，對(duì)前方圍巖級(jí)別進(jìn)行綜合判斷。我公司自2008年起先后購(gòu)買兩套由北京市水電物探研究所研制開發(fā)的TGP206型及TGP206A型隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)系統(tǒng)。2009年開始，總計(jì)在國(guó)內(nèi)15條隧道施工項(xiàng)目中使用，預(yù)報(bào)隧道長(zhǎng)度為156056m，其中2條隧道因施工未完預(yù)報(bào)長(zhǎng)度未統(tǒng)計(jì)。具體項(xiàng)目名稱見表1-1。

施工項(xiàng)目時(shí)間項(xiàng)目名稱預(yù)報(bào)隧道長(zhǎng)度2009年新建天平鐵路郭家坪石嶺、畢家里、牛頭山、李家坪隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)18500m2010年蘭渝鐵路LYS-13標(biāo)段隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)6761m2010年蘭新鐵路甘青段LXS-4標(biāo)段隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)18025m2010年蘭新鐵路甘青段LXS-1標(biāo)段隧道工程質(zhì)量檢測(cè)30461m2010年湖北十房高速公路第九合同段通省隧道進(jìn)口段超前地質(zhì)預(yù)報(bào)3450m2011年蘭渝鐵路LYS-7標(biāo)段隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)3722m2011年中鐵21局巴珠伊松鐵路BZZH-1項(xiàng)目隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)4620m2012年新建天平鐵路上趙家、關(guān)山隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)14276m2013年廣通至大理鐵路擴(kuò)能改造工程站前三標(biāo)隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)15242m2013年新建鐵路寶雞至蘭州客運(yùn)專線牛背、胡店、東岔、乍嶺、筆架山隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)23980m2014年云南烏東德水電站半角至新村公路工程一標(biāo)隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)實(shí)測(cè)2015年蒙華鐵路MHTJ-8標(biāo)段隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)3657m2016年甘肅省引洮供水二期工程施工第20標(biāo)段超前地質(zhì)預(yù)報(bào)實(shí)測(cè)2016年甘肅省榆中縣榆定路大營(yíng)隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)1400m2016年成昆鐵路峨眉至米易段擴(kuò)能工程站前工程10標(biāo)段隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)11962m表1-1預(yù)報(bào)隧道項(xiàng)目表

二、蒙華線隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工程案例2016年11月，我公司受中鐵二十一局集團(tuán)有限公司蒙華鐵路項(xiàng)目部委托，采用“彈性波反射法”對(duì)“新建蒙西至華中地區(qū)鐵路煤運(yùn)通道工程8標(biāo)段小南塬隧道”進(jìn)行了超前地質(zhì)預(yù)報(bào)。本次檢測(cè)按委托方要求，檢測(cè)內(nèi)容為：(1)預(yù)報(bào)掌子面前方可能出現(xiàn)的地質(zhì)斷層及巖石破碎帶的地質(zhì)情況；(2)開挖段前方的水文資料和可能的涌水預(yù)報(bào)；(3)巖溶區(qū)地質(zhì)預(yù)報(bào)；(4)圍巖穩(wěn)定性評(píng)價(jià)。1.工程概況及地質(zhì)條件1.1工程概況新建蒙西至華中鐵路小南塬隧道進(jìn)口地處臨鎮(zhèn)鎮(zhèn)黑舍村，沿線經(jīng)過程家源村、義家源村，出口設(shè)在勝天河村。隧道進(jìn)口里程為DK405+669.80，出口里程為DK412+737，隧道全長(zhǎng)7067.2m，隧道最大埋深約為218.62m，最小埋深為17.54m。

1.2地質(zhì)概況(1)地層巖性小南塬隧道所在區(qū)域的大地構(gòu)造部位屬于陜甘寧臺(tái)坳（又稱鄂爾多斯盆地）東南翼部，是一個(gè)基底硬化程度很高、比較標(biāo)準(zhǔn)的穩(wěn)定地塊，是一個(gè)經(jīng)歷多旋回構(gòu)造發(fā)展，最終形成的具有多次坳陷疊加的中生代盆地。構(gòu)造行跡比較微弱，褶皺和斷裂不發(fā)育，總體上為一西傾平緩的單斜平緩的單斜構(gòu)造。隧道洞身主要為三疊系上統(tǒng)砂巖，粉砂巖，節(jié)理裂隙較發(fā)育，主要發(fā)育NWW、NNE兩組節(jié)理裂隙，其中NWW組較發(fā)育，節(jié)理間距2條/m，延伸性較差。(2)水文地質(zhì)隧道地區(qū)地下水主要為第四系孔隙潛水、基巖裂隙水及土石界面水，主要受大氣降水、河水及側(cè)向徑流補(bǔ)給，以蒸發(fā)或泉水的形式向深切沖溝溝底排泄或向深部徑流排泄，地下水位、水量隨季節(jié)性變化，雨季時(shí)水量較大，旱季水量相對(duì)較少。2.地質(zhì)預(yù)報(bào)的原理及檢測(cè)方法2.1檢測(cè)依據(jù)(1)鐵道部《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)鐵路隧道施工超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作的通知》（鐵建設(shè)函[2006]340號(hào)）；(2)《鐵路隧道設(shè)計(jì)施工有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)補(bǔ)充規(guī)定》（鐵建設(shè)[2007]88號(hào)）；(3)《關(guān)于印發(fā)加強(qiáng)鐵路隧道工程安全工作的若干意見》（鐵建設(shè)[2007]102號(hào)）；(4)《鐵路隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)指南》（鐵建設(shè)[2008]105號(hào)）。2.2探測(cè)原理彈性波反射法是物探法的一種，利用人工激發(fā)的地震波、聲波在不均勻地質(zhì)體中所產(chǎn)生的反射波特征來預(yù)報(bào)前方地質(zhì)情況的一種物探方法，它包括地震波反射法、水平聲波剖面法、負(fù)視速度法和極小偏移距高頻反射連續(xù)剖面法（簡(jiǎn)稱陸地聲吶法）等方法。其中，地震波反射法形成了一套專門的隧道超前預(yù)報(bào)系統(tǒng)（TSP和TGP），其原理是通過小藥量爆破所產(chǎn)生的地震波信號(hào)沿隧道方向以球面波的形式傳播，在不同巖層中地震波以不同的速度傳播，在其界面處被反射，并被高精度的接收器接收。目前隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)中最先進(jìn)的地球物理方法，采用多波多分量高分辨率的地震反射波法。在開挖掌子面后方一定范圍內(nèi)布置一定數(shù)量的炮孔，利用少量炸藥爆炸激發(fā)，產(chǎn)生的地震波在巖體中以球面波的形式傳播。當(dāng)?shù)卣鸩ㄓ龅綇椥圆ㄗ杩共町惤缑鏁r(shí)，例如斷層、巖體破碎帶、巖性變化或巖溶發(fā)育帶等，一部分地震信號(hào)反射回來，一部分信號(hào)透射進(jìn)入前方介質(zhì)繼續(xù)傳播。反射的地震信號(hào)被高靈敏度的三分量地震檢波器接收，反射信號(hào)的傳播時(shí)間與傳播距離成正比，與傳播速度成反比，因此通過測(cè)量直達(dá)波速度、反射回波的時(shí)間、波形和強(qiáng)度，可以達(dá)到預(yù)報(bào)隧道掌子面前方地質(zhì)條件的目的。2.3探測(cè)儀器簡(jiǎn)介地震波預(yù)報(bào)采用TGP206型隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)系統(tǒng)(TGP即TunnelGeologyPrediction的英文縮寫，以下簡(jiǎn)稱TGP系統(tǒng))。TGP系統(tǒng)是北京市水電物探研究所專門為隧道及地下工程施工地質(zhì)超前預(yù)報(bào)研制開發(fā)的技術(shù)成果，已經(jīng)經(jīng)過國(guó)內(nèi)著名隧道專家組評(píng)審,鑒定為具有國(guó)際先進(jìn)技術(shù)水平。TGP隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)包括儀器主機(jī)、配件和處理軟件三部分。2.4探測(cè)方法對(duì)測(cè)線布置段和隧道掌子面巖體進(jìn)行地質(zhì)描述，并選擇巖體相對(duì)完整的地段布置接收孔位置。記錄檢波器接收孔、激發(fā)起至炮孔的隧道里程，對(duì)于不等間距的炮孔要測(cè)量炮孔之間的距離，記錄隧道掌子面的里程；定向并耦合安置孔中三分量檢波器；逐炮孔安置帶有計(jì)時(shí)線的炸藥卷，藥量一般控制在50～100克；根據(jù)隧道巖體條件選擇儀器采集參數(shù)：一般軟巖條件采樣率選擇0.1ms,硬巖條件采樣率選擇0.05ms；通過選擇采樣點(diǎn)數(shù)的多少保證地震記錄的長(zhǎng)度不小于300～400ms。以上有關(guān)數(shù)據(jù)填寫在TGP現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)記錄表中。爾后進(jìn)行逐炮地震波數(shù)據(jù)的采集工作，測(cè)量中要求隧道內(nèi)具有安靜的條件，有關(guān)的產(chǎn)生振動(dòng)施工的項(xiàng)目需要暫時(shí)停止。所有炮孔的數(shù)據(jù)采集完畢，在檢查采集數(shù)據(jù)合格后結(jié)束現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量工作。圖2-1現(xiàn)場(chǎng)工作示意圖3.小南塬隧道進(jìn)口DK406+270～DK406+390段地質(zhì)超前預(yù)報(bào)3.1地質(zhì)超前預(yù)報(bào)現(xiàn)場(chǎng)圖片

圖2-2地質(zhì)超前預(yù)報(bào)現(xiàn)場(chǎng)圖片地質(zhì)超前預(yù)報(bào)主機(jī)激發(fā)孔內(nèi)裝入炸藥卷3.2現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)記錄表2016年11月3日在小南塬隧道進(jìn)口進(jìn)行了地質(zhì)超前預(yù)報(bào)，此次預(yù)報(bào)在面向掌子面的左側(cè)壁上布了20個(gè)炮孔和1個(gè)接收孔，各孔之間的間距見表2-1。表2-1逐點(diǎn)炮孔間距表DK406+390掌子面里程：DK406+270接收孔里程：DK406+220炮孔段里程：DK406+261～DK406+233逐點(diǎn)炮孔間距（m）1-21.57-81.513-141.519-201.52-31.58-91.514-151.5

3-41.59-101.515-161.5

4-51.510-111.516-171.5

5-61.511-121.517-181.5

6-71.512-131.518-191.5

3.3地質(zhì)超前報(bào)成果

表2-2地質(zhì)預(yù)測(cè)反射界面的參數(shù)表

圖2-3地震波記錄

圖2-4縱波偏移圖圖2-5橫波SH偏移圖

圖2-6橫波SV偏移圖

圖2-7綜合地質(zhì)預(yù)報(bào)成果圖

3.3地質(zhì)超前預(yù)報(bào)分析與推斷表2-8地質(zhì)超前預(yù)報(bào)分析與推斷表隧道名稱小南塬隧道進(jìn)口預(yù)報(bào)方法TSP預(yù)報(bào)探測(cè)范圍DK406+270～DK406+390開挖面里程DK406+270儀器型號(hào)TGP206測(cè)試日期2016年11月3日地質(zhì)概況小南塬隧道進(jìn)口位于陜西省延安市寶塔區(qū)臨鎮(zhèn)黑舍村，隧道區(qū)地層主要為第四系新黃土、上更新統(tǒng)風(fēng)積砂質(zhì)新黃土、黏質(zhì)老黃土及砂巖。本次預(yù)報(bào)掌子面地質(zhì)為黏質(zhì)老黃土，棕黃色，稍濕，堅(jiān)硬，呈大塊狀壓密結(jié)構(gòu)，有少量滲水現(xiàn)象。預(yù)報(bào)里程物性參數(shù)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)分析結(jié)論及建議DK406+270～DK406+300（30米）縱波速度=2090m/s橫波速度=1120m/s泊松比=0.299彈性模量=6829MPa剪切模量=2629MPa巖體密=2.10t/m31.存在2條明顯的縱波反射構(gòu)造界面2.存在2條明顯的橫波反射構(gòu)造界面；

掌子面地質(zhì)為黏質(zhì)老黃土，實(shí)測(cè)圍巖波速較估算巖體波速高，表明該段土質(zhì)較前段土質(zhì)有所變好，強(qiáng)度較低，穩(wěn)定性較差，可能存在少量的滲水現(xiàn)象，掌子面整體易產(chǎn)生坍塌現(xiàn)象，開挖后及時(shí)支護(hù)，做好圍巖的監(jiān)控量測(cè)，做好圍巖的監(jiān)控量測(cè)。推測(cè)該段圍巖為IV級(jí)DK406+300～DK406+347（47米）縱波速度=2090m/s橫波速度=1120m/s泊松比=0.299彈性模量=6829MPa剪切模量=2629MPa巖體密=2.10t/m31．存在3條明顯的縱波反射構(gòu)造界面2．無明顯的橫波反射構(gòu)造界面

該段段地層估算巖體速度較測(cè)量段（炮孔實(shí)測(cè)段）巖體速度減小，呈負(fù)反射構(gòu)造界面，分析此段圍巖較前段圍巖強(qiáng)度減弱，土質(zhì)變差，強(qiáng)度低，穩(wěn)定性差，黏質(zhì)老黃土呈大塊狀壓密結(jié)構(gòu)，砂巖成強(qiáng)風(fēng)化，巖體破碎呈碎石狀壓碎結(jié)構(gòu)，土石界面可能含水，當(dāng)施工至此里程段時(shí)應(yīng)注意，嚴(yán)格遵循“短進(jìn)尺，強(qiáng)支護(hù)”的原則，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)開挖情況合理調(diào)整支護(hù)參數(shù)，并做好圍巖的監(jiān)控量測(cè)。推測(cè)該段圍巖為V級(jí)DK406+347～DK406+390（43米）縱波速度=2090m/s橫波速度=1120m/s泊松比=0.299彈性模量=6829MPa剪切模量=2629MPa巖體密=2.10t/m31．無明顯的縱波反射構(gòu)造界面2．無明顯的橫波反射構(gòu)造界面

該段圍巖較前段波速逐漸提高，此段地層逐漸變好，但地層強(qiáng)度較低，穩(wěn)定性較差，