地质超前预报在隧道工程中的应用

TSP法隧道超前地质预报技术研究与应用

摘要：TSP隧道的地质超前预测，是通过在隧道周围的岩石中，按照一定的排布，产生一种弹性波，当弹性波传播到三维空间时，接触声阻抗分界面，也就是地质岩相变界面、结构断层带、喀斯特及喀斯特发展带等,将发生一种弹性波反射情况，这个反射波由埋设在巷道周围岩石中的探测设备探测到，向仪器输入实施信息源的扩增、信息收集和分析。

关键词：TSP法；隧道；地质预报

引言

物探技术能极大地影响每天的地质灾害勘查工作。在科学技术飞速发展的今天，在国内，物探技术已经成为了一项重要的工程，它是保证工程质量和安全的重要手段。TSP法是利用物探技术对隧道工程进行地质预测的一种先进技术。所以，在进行TSP探测预报的时候，一定要对隧道的地质状况有一个全面的认识，在数据采集、处理和评估的每一个环节都要有针对性，这样才能保证地质预报的可靠性和准确性。

一、TSP原理及特点

（一）原理

隧洞超前地质预测检测法是利用TSP进行的，它的观测系统是按空间分布的，而接收和激励系统则分别位于隧洞两侧的岩层中。地震波的产生是通过小爆炸，电火花，撞击等方式来实现的。TSP能对两侧及上、下两个层面的回进行甄别、过滤，只留下掌子面前的回波，防止了误报警；并给出了掌子面前的岩石波速度及地层接触面的精确图像。地震波速度可作为岩体工程等级划分的基础，而界面可作为地质结构解释的基础。 在不同的阻抗界面条件下，地震波将会在不同的阻抗界面上被部分反射，而另一些则会传输到前方介质中。利用高灵敏的测震仪对反射回波进行探测。利用地震波软件对数据进行处理，就可以对隧道工作面前方不良地质体的性质、位置和规模进行了解。

（二）特点

将TSP方法应用于隧道地质超前预测，能够充分利用TSP方法的高精度、高实时、大范围、易操作、易推广等优点。首先，利用TSP方法，在隧道沿线构造地质点和地质点间构建关联地图，实现对可能发生的地质灾害的精确预报，为隧道建设提供精确的地质资料。在此基础上，提出了一种基于TSP的数值模拟方法。其次，TSP方法可以对地质资料进行实时更新，对新发生的地质灾害进行预报。由于地质灾害通常都是难以预测的，因此，通过对地质信息进行实时的更新，可以实现早期预警、早期准备和早期预防。第三，利用TSP方法可以对隧道沿线可能发生的滑坡、塌方和地下水突涌等地质灾害进行预报。由于该方法的适用范围较广，因此，TSP方法在隧道地质超前预报方面，是一种极具应用价值的方法。同时，TSP方法也是一种比较简便的方法，它仅需在现有地质资料的基础上构造出一个图形，再用TSP方法进行求解。从而使TSP方法具有较好的实用价值。此外，TSP方法还具有很强的扩展性，可以通过添加新的地质点，改变已有地质点之间的联系，从而满足各种地质情况及预测要求。该方法具有较强的适应性，因此可将其应用于隧道地质超前预测。

４６　铁道勘察　２０１３年第２期　

文章编号：１６７２—７４７９（２０１３）０２—００４６—０３　

超前地质预报在铺子山隧道施工中的应用　

蔡曙周　王　东　

（中铁工程设计咨询集团有限公司，ｊＥ京　１０００５５）　

Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ａｄｖａｎｃｅｄ　Ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ　Ｆｏｒｅｃａｓｔ　ｆｏｒ　Ｔｕｎｎｅｌ　

Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ：ａ　Ｃａｓｅ　Ｓｔｕｄｙ　ａｔ　Ｐｕｚｉｓｈａｎ　Ｔｕｎｎｅｌ　

ＣＡＩ　Ｓｈｕｚｈｏｕ　ＷＡＮＧ　Ｄｏｎｇ　

摘要为保证铺予山铁路隧道的施工安全，采用地质调查法、水文地质观测法及地震反射波法对　

￣Ａ＝ｒ－区域进行了超前地质预报，结果表明超前地质预报与现场开挖的情况吻合良好。依据超前地质预　报结果提出的安全施工措施保证了工程的安全，取得了良好的社会和经济效益。　关键词　隧道地质预报地质调查　水文地质观测　地震反射波法　

中图分类号：Ｕ４５６．３　３　文献标识码：Ｂ　

伴随着我国基础设施的建设，隧道施工技术有了　

飞速的发展，隧道工程数量越来越多，隧道工程施工速　

度越来越快，施工难度也越来越大。然而，由于对工作　面前方地质情况了解不清，给隧道施工带来很大的盲　目性和危险性。施工中经常出现始料不及的塌方、冒　

顶、涌水等事故　。事故一旦发生，轻则影响施工，增　加工程投资，重则造成人员伤亡；而且事故发生后的处　

理工作难度很大。因此，隧道施工中常碰到的由不良　

地质现象造成的隧道塌方、冒顶、涌水等问题已成为日　益关注的问题　。为减少这些问题的发生，超前地　质预报应运而生。超前地质预报是指对隧道开挖工作　面前方的工程地质与水文地质条件，其中主要是不良　

地质体的工程性质、位置、产状、规模等，进行探测、分　析解译和预报。其方法主要有：地质调查法、水文地质　

观测、超前钻探法、物探法等。实践证明超前地质预报　具有很好的预警性，基于超前地质预报的结果提出的　安全措施能极大地降低施工中的安全风险　Ｊ。　

Ｂｒｉｄｇｅ　ａｎｄＴｕｎｎｅ。Ｍａｃｈｉｎｅ桥ｒｙ爨Ｃ机ｏｎ械ｓｔｒｕｃ＆ｔｉｏｎ施Ｔｅ工ｃｈｎ技ｏｌｏ术ｇｙ　Ｒ＿Ｖ＿ＣＭ　ｌ　＆　■■■■●●■一■■●　

综合超前地质预报技术在隧道施工中的　

应用　

Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ　Ａｄｖａｎｃｅｄ　Ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ　Ｆｏｒｅｃａｓｔ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｉｎ　

Ｔｕｎｎｅｌ　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　

焦莉　

ＪＩＡｏ　Ｌ　

陕西交通职业技术学院公路工程系，陕西西安７１００１８　Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｈｉｇｈｗａｙ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｈａａｎｘｉ　Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘｉ’ａｎ　７１　００１　８，Ｓｈａａｎｘｉ，Ｃｈｉｎａ　

【摘要】结合超前地质预报技术在金瓜山隧道施工项目中的应用，具体论述了综合超前地质预报体系的设计思想　

以及所采用￣ｑＴＳＰ、雷达探测、超前钻探、地质素描等预报方法的工作原理和实施步骤，并分析了各种方法的特点，为　

隧道施工提供指导与借鉴。　

【Ａｂｓｔｒａｃｔ】Ｃｏｍｂｉｎｅｄ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ａｄｖａｎｃｅｄ　ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ　ｆｏｒｅｃａｓｔ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｉｎ　Ｊｉｎｇｕａｓｈａｎ　Ｔｕｎｎｅｌ　ｃｏｎ—　

ｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｉｄｅａｓ　ｏｆ　ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ　ａｄｖａｎｃｅｄ　ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ　ｆｏｒｅｃａｓｔ　ｓｙｓｔｅｍ　ｗａｓ　ｅｘｐｏｕｎｄｅｄ．Ｔｈｅ　ｗｏｒｋｉｎｇ　

ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ，ｏｐｅｒａｔｉｎｇ　ｓｔｅｐｓ　ａｎｄ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｆｏｒｅｃａｓｔ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ｗｅｒｅ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ，ｓｕｃｈ　ａｓ　ＴＳＰ（Ｔｕｎｎｅｌ　Ｓｅｉｓｍｉｃ　Ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ），ｒａｄａｒ　ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ，ａｄｖａｎｃｅ　ｂｏｒｅｈｏｌｅ，ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ　ｓｋｅｔｃｈ　ａｎｄ　ＳＯ　ｏｎ．Ｔｈｅ　ｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｃｏｍ—　

＿蔫霸彝辩工程一　

超前地质预报在某隧道断层施工中的应用　

石碧波　

（中铁第四勘察设计院集团有限公司，湖北武汉４３００６４）　

【摘要】　选取齐岳山隧道Ｆ１１断层典型地段，介绍了超前地质预报方法在隧道施工中的应用，对超前　预报成果资料进行了分析，并在此基础上提出了施工开挖措施及加固建议。　【关键词】　隧道；地质断层；地质预报；措施　

【中图分类号】Ｕ４５２．Ｉ　１　

盥　【文献标识码】Ｂ　

平钻机，在隧道掌子面以一定的偏角，沿隧道轴向施作水平　

钻孔，并进行水文观测。　２．２超前预报原理　２．２．１　ＴＳＰ２０３预测　预报采用瑞士安伯格公司生产的最新型号的ＴＳＰ２０３　ｐｌｕｓ隧道地质超前预报系统。ＴＳＰ测量系统是通过在掌子面　后方一定距离内的钻孑Ｌ中以微震爆破来发射信号的，爆破引　发的地震波在岩体中以球面的形式向四周传播，其中一部分　

向隧道前方传播，经隧道前方的界面反射回来，反射信号经　接受传感器转换成电信号并放大。从起爆到发射信号被接　收的这段时间是与反射面的距离成比例的。通过反射时间　与地震波传播速度的换算就可以将反射面的位置、与隧道轴　线的夹角以及与隧道掘进面的距离确定下来，同时还可以将　

隧道中存在的岩性变化带的位置方便地探测出来。　采集的ＴＳＰ数据，通过ＴＳＰｗｉｎ软件进行处理，获得Ｐ　

波、ＳＨ波、ＳＶ波的时间剖面、深度偏移剖面和反射层提取以　及岩石物性参数等一系列成果如图２。　

图２　ＴＳＰ预报原理　

２．２．２超前钻探原理　超前钻探是利用水平钻机，在隧道掌子面上施作水平钻　孔，依据实际探测需要，钻孔可以有一定的偏角，通过对典型　

地段取岩芯和记录钻进情况（如是否卡钻、钻进平稳程度、出　

［定稿日期］２０１０—１１—１７　

［作者简介］石碧波（１９７９～），硕士，工程师。　

四』Ｉｌ建筑第３１卷２期

２０１１．０４　？　赞枣毒蔼毒帮蟛　罩。穆　

水部位等），对掌子面前方及开挖轮廓线周边地层的水文工　程地质条件进行判定。　超前钻探通常辅以水文观察手段，主要是对钻孔进行水　量、水压的观测，水压可依据测量进度选择标准水压表；钻孔　水量的测试一般可分三种情况。