TSP隧道地震勘探在隧道隧洞超前預(yù)報中的應(yīng)用與發(fā)展

采用tsp203對某隧道的地質(zhì)條件進(jìn)行探測,超前查明了前方圍巖的地質(zhì)情況、不良地質(zhì)體的位置、工程性狀、水文地質(zhì)狀況等信息,預(yù)報了隧道圍巖級別,從而為施工階段修正設(shè)計、施工支護(hù)材料的提早準(zhǔn)備、防止可能的工程險情、采取合理的施工措施提供了有力保障。

闡述了tsp系統(tǒng)的探測原理,著重講解了tsp在巖溶隧道中探測溶洞、斷層等地質(zhì)災(zāi)害的應(yīng)用,結(jié)果表明,tsp超前地質(zhì)預(yù)報技術(shù)在長大巖溶隧道建設(shè)中發(fā)揮著舉足輕重的作用,對安全信息化施工具有重要意義。

tsp是一種新型的隧道地震探測儀器,通過高靈敏度的檢波器記錄的反射信號,判別隧道洞身圍巖類別、完整性及保水性,主要用于隧道超前地質(zhì)預(yù)報。介紹了該系統(tǒng)的工作原理、數(shù)據(jù)理論基礎(chǔ)及成果判釋,以及該系統(tǒng)目前存在的優(yōu)點(diǎn)及缺點(diǎn),并介紹了該系統(tǒng)在實(shí)際工程中的應(yīng)用。

隨著我國鐵路的建設(shè)，鐵路隧道施工數(shù)量越來越多。由于隧道地表勘察不能完全掌控隧道掌子面前方的地質(zhì)情況，為保證隧道施工的安全，必須對隧道前方的地質(zhì)變化情況進(jìn)行準(zhǔn)確實(shí)時的超前地質(zhì)預(yù)報工作。tsp（tunnelseismicprediction）是一種預(yù)報精度較高、效率快、采集處理智能化的方法，它能夠預(yù)報隧道掌子面前方100～150m圍巖地質(zhì)體的性質(zhì)、位置和規(guī)模，并可以計算巖石的物理學(xué)參數(shù)。

本文以tsp-203為例,對tsp系統(tǒng)的基本原理、主要組成、技術(shù)特點(diǎn)、儀器參數(shù)以及數(shù)據(jù)的處理方法進(jìn)行了介紹,并列舉了工程實(shí)例對tsp的評價方法進(jìn)行了說明,最后對tsp的應(yīng)用進(jìn)行了總結(jié)。

針對湖北大廣高速公路建設(shè)中紫荊山高巖溶隧道工程,利用tsp超前地質(zhì)預(yù)報技術(shù),并結(jié)合隧道工程地質(zhì)情況,通過準(zhǔn)確預(yù)報工作,闡述了tsp超前地質(zhì)預(yù)報的基本原理和方法,探討了該技術(shù)在紫荊山隧道施工過程中的應(yīng)用效果,并將預(yù)報結(jié)果與實(shí)際工程進(jìn)行對比,驗(yàn)證了該技術(shù)的可靠性。

以滬蓉西高速公路某隧道為例,分析了隧道的工程地質(zhì)條件與隧洞穩(wěn)定性的關(guān)系,并介紹了tsp203現(xiàn)場測試、解譯的過程和方法。

列舉tsp-202在大運(yùn)高速公路雁門關(guān)隧道的探測成果和實(shí)際驗(yàn)證的結(jié)論,證明tsp探測的有效性和準(zhǔn)確性并指出其局限性,展望應(yīng)用前景。

本文以蘭新第二雙線lxs-3標(biāo)段下沈家隧道地質(zhì)超前預(yù)報為案例,介紹了地質(zhì)雷達(dá)(groundpenetratingradar,簡稱gpr)和tsp法(tunnelseismicprediction)在隧道地質(zhì)超前預(yù)報中的綜合應(yīng)用。具體闡述了兩種方法的基本原理和特點(diǎn),數(shù)據(jù)采集、分析處理及探測結(jié)論與開挖后地質(zhì)情況的對比。這兩種方法在該隧道地質(zhì)超前預(yù)報中的綜合應(yīng)用,確保隧道的安全持續(xù)挖進(jìn),也為施工工藝、合理設(shè)計變更和施工計劃提供了科學(xué)高效的依據(jù)。

利用隧道地震預(yù)報(tsp)超前地質(zhì)預(yù)報技術(shù)對軍都山隧道掌子面前方圍巖進(jìn)行監(jiān)測,得出隧道施工掌子面前方不良地質(zhì)體的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)及圍巖變化情況。結(jié)合tsp超前地質(zhì)預(yù)報得出的巖石物理力學(xué)參數(shù)和對不良地質(zhì)體及圍巖變化情況的描述,將掌子面前方圍巖進(jìn)行詳細(xì)分級,為施工設(shè)計以及施工進(jìn)度計劃的調(diào)整提供了可靠依據(jù),保證了隧道的施工安全。

隧道地質(zhì)超前預(yù)報(tgp)是利用地震波反射回波方法測量的原理為隧道開挖指明工作面前方概略的地質(zhì)輪廓,本文作者通過采用tgp在一隧道工程防范不良地質(zhì)帶來的危害的成功應(yīng)用的例子闡明了應(yīng)用方法。

介紹了mms-1礦井多波地震儀系統(tǒng),把隧道施工地質(zhì)調(diào)查與mms-1礦井多波地震儀探測有機(jī)結(jié)合,完成了隧道超前地質(zhì)預(yù)報工作,可快速、高效、安全地指導(dǎo)隧道施工。

介紹了短時傅立葉變換、小波變換和s變換的優(yōu)缺點(diǎn)及其彼此間的相互關(guān)系。詳述了s變換的概念及性質(zhì),認(rèn)為s變換方法具有良好的自適應(yīng)性和時頻分辨率,能提供高質(zhì)量的時頻譜信息。將s變換時頻分析用于宜萬鐵路隧道地震映像法數(shù)據(jù)解釋。結(jié)果表明,s變換時頻剖面上的溶洞異常顯示比時間剖面更為清晰,在推斷巖溶的分布位置、大小、埋藏深度等方面具有良好效果。s變換方法有助于提高地震數(shù)據(jù)解釋的精度和準(zhǔn)確性。

以滬蓉國道主干線湖北省高坪-吉心段大水井隧道的工程地質(zhì)勘察為例,討論了深層地震勘探在深埋特長隧道勘察中的應(yīng)用。利用深層地震反射波法可以有效地探測覆蓋層、各風(fēng)化層以及不同基巖界面的埋藏深度,根據(jù)波速判斷隧道圍巖類別、探測不良地質(zhì)現(xiàn)象(喀斯特、斷層、節(jié)理裂隙等)等。因此,深層地震勘探可為隧道的設(shè)計、施工提供必要的地質(zhì)依據(jù)。

tsp-203是專門為隧道超前地質(zhì)預(yù)報所設(shè)計,目前廣泛應(yīng)用。介紹了tsp203型超前地質(zhì)預(yù)報系統(tǒng)的組成、性能以及工作原理與野外數(shù)據(jù)采集方法,數(shù)據(jù)處理的步驟等,并結(jié)合工程實(shí)例分析說明其應(yīng)用效果。

某隧道施工中采用tsp技術(shù)進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報,從開挖過程來看,洞身圍巖揭示隧道超前地質(zhì)預(yù)報結(jié)論符合現(xiàn)場施工實(shí)際情況。根據(jù)超前地質(zhì)預(yù)報結(jié)論,結(jié)合掌子面實(shí)際開挖情況,隨時調(diào)整開挖進(jìn)尺,采取必要措施,保證了隧道的安全、優(yōu)質(zhì)貫通。

文章通過對tsp超前預(yù)報技術(shù)的基本原理及工作流程的介紹,根據(jù)依托隧道工程的實(shí)際狀況,對其進(jìn)洞口4km+716m~4km+836m段進(jìn)行了相關(guān)預(yù)測預(yù)報工作并提出了相應(yīng)的建議,實(shí)踐證明tsp超前預(yù)報在依托隧道工程中得到了很好的應(yīng)用,有力指導(dǎo)了現(xiàn)場的施工。

國內(nèi)外應(yīng)用的隧道超前預(yù)報技術(shù)有陸地聲納、負(fù)視速度法、hsp水平剖面法、tsp203、tgp206、trt等多種,良莠不齊,缺乏嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)基礎(chǔ)。普遍存在的技術(shù)缺陷有兩點(diǎn),其一是未能區(qū)分地下三維波場和濾除側(cè)向波,其二是不能準(zhǔn)確地確定圍巖波速和準(zhǔn)確定位,這些技術(shù)缺陷給超前預(yù)報帶來很大的風(fēng)險。為克服上述點(diǎn),作者開發(fā)出tst超前預(yù)報技術(shù)。通過對隧道內(nèi)三維地震波場的復(fù)雜性和地震資料處理技術(shù)的深入研究,建立起隧道超前預(yù)報技術(shù)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)睦碚摶A(chǔ)與技術(shù)流程,促使超前預(yù)報技術(shù)健康發(fā)展。

隨著隧道工程項目的日益增加,其所面臨的復(fù)雜地質(zhì)條件區(qū)域也就相應(yīng)的增加了不少,所以需要采取有效的措施進(jìn)行施工質(zhì)量的檢測。文章根據(jù)具體的工程實(shí)例,著重就地質(zhì)雷達(dá)在混凝土檢測當(dāng)中的應(yīng)用展開了探討。

巖溶地區(qū)隧道施工中對掌子面前方一定范圍的地質(zhì)情況進(jìn)行超前預(yù)報是保證隧道施工安全的關(guān)鍵。六宜高速公路共有33座隧道,均處于巖溶地區(qū)。在建設(shè)過程中均采用了地質(zhì)雷達(dá)對隧道進(jìn)行全程跟蹤超前地質(zhì)預(yù)報,針對地質(zhì)雷達(dá)的特點(diǎn),總結(jié)了地質(zhì)雷達(dá)巖溶預(yù)報的規(guī)律,一共揭露巖溶災(zāi)害不下數(shù)百起,有效的指導(dǎo)了巖溶隧道施工。文章以加底峒隧道為例,具體闡述了sir-20型地質(zhì)雷達(dá)系統(tǒng)的基本工作原理及其在巖溶隧道超前地質(zhì)預(yù)報中的測試方法,并針對巖溶預(yù)報雷達(dá)圖像進(jìn)行了具體的解譯。

地質(zhì)超前預(yù)報對于隧道施工具有重要的指導(dǎo)作用,常用的方法分為地質(zhì)分析法、物探法和超前鉆探法。本文引入了一種新型物探方法——真反射層析成像(trt),該法采用錘擊震源,減少了對隧道圍巖本身的損壞;采用空間多點(diǎn)激發(fā)和接收、三維空間觀測方式和無線傳輸信號模式,對巖體中反射界面位置的確定、巖體波速和工程類別的劃分都有較高的精度。通過與tsp203系統(tǒng)結(jié)果及開挖實(shí)際比較發(fā)現(xiàn),trt法是一種操作簡便、成果直觀可靠、適用且高效的復(fù)雜山區(qū)隧道地質(zhì)超前預(yù)報方法,具有廣泛的應(yīng)用前景。

隧道在開挖的過程中,對掌子面前方巖性進(jìn)行比較準(zhǔn)確的預(yù)報,可以有效地防止工程事故的發(fā)生,加快工程進(jìn)度,同時也能減少工程造價。在公路隧道的建設(shè)中,應(yīng)用地質(zhì)超前預(yù)報具有重要的意義。tsp地質(zhì)超前預(yù)報在國外已經(jīng)得到了大量的應(yīng)用,而我國公路隧道應(yīng)用卻較少。