TSP

智刚：ＴＳＰ超前地质预报结果准确性的影响因素分析　

ＤＯＩ：１０．１３３７９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００３—８８２５．２０１５．０５．３０　

ＴＳＰ超前地质预报结果准确性的影响因素分析　

智　刚　

（中铁隧道勘测设计院有限公司，天津３００１３３）　

摘要：ＴＳＰ作为一种长距离预报技术，可以减少隧道施工中突发性地质灾害的危险性，为隧　

道施工提供安全保障，减少人员和设备的损伤，同时也就带来很大的经济效益。ＴＳＰ预报结果的准　

确性。主要取决于洞内数据采集和室内数据分析的质量。通过两个ＱＣ活动，从数据采集和分析两　

方面分析了实际操作过程中存在的影响因素及对策措施。　

关键词：地质预报；ＴＳＰ；采集；分析；隧道工程；影响因素；对策措施　

中图分类号：Ｕ４５５　文献标志码：Ｂ　文章编号：１００３—８８２５（２０１５）０５—０１３９—０５　

０　引言　

隧道工程修建的重点和难点之一，就是对其穿　

越的围岩特性进行了解，而目前国内外的地质勘察　

精度都满足不了对不良地质情况的准确预见，进而　

超前地质预报被广泛用于隧道工程中¨Ｊ。　

在众多地质预报方法中，ＴＳＰ作为最先进的长　

距离探测手段脱颖而出，从瑞士最早的ＴＳＰ２０２到现　

在最新的ＴＳＰ２０３ＰＩｕｓ，ＴＳＰ探测作为一门科学技术　

在不断完善和发展，其设备在更新的同时还要保证　

预报精度的提高，这就需要工程实践和总结。　

本文结合龙厦铁路象山隧道和厦深铁路大南山　

隧道ＴＰＳ超前地质预报的两个ＱＣ活动，分析影响　

预报结果准确性的因素和对策措施。　

１　ＴＳＰ探测不准确的原因分析　

１．１数据采集过程中的影响因素　

现场原始数据的合格，是进行室内数据处理分　

析的前提，ＴＳＰ现场数据采集的质量好坏，直接关　

系着预报结果的准确性。所以，必须确保现场采集　

的数据真实可靠，并尽量排除各种可能影响分析结　

果的干扰及不利因素　。　

根据２００８年龙厦铁路象山隧道ＱＣ成果对于采　

集过程中的影响因素分析，见表１。　

收稿日期：２０１４—１１—１２　作者简介：智刚（１９８７一），男，江苏盐城人。工程师，主要从　事物探和勘察方面的工作，Ｅ—ｍａｉｌ：ｋｉｎｇＯ５９４１　８４＠　１６３．ｔｏｍ。　表１采集过程中的影响因素分析　

从表１可知：人为因素、现场环境因素、材料　

不合格、技术交底是主要的影响因素。　

人为因素主要包括现场炮孔参数量测不准确、　

爆破装药不合理、仪器操作不规范、现场钻孔成孔　不合格等。　

现场环境因素：主要包括现场环境噪音、洞室　

结构及地质条件。　

材料不合格：主要为现场所准备的炸药、雷管　和锚固剂不合格。　

技术交底：没有按照实际情况进行文件编制，　或者发现实际状况有变化时，没有及时改变技术交　

底文件内容。　

仪器故障主要为ＴＳＰ主机、起爆器和采集电脑　

的电池和其他：电量不足、零部件损坏或接触不良　

等问题。　

１．１．１炮孔和接收器孔不合格　炮孔和接收器，存在如下主要问题　Ｊ：　

（１）钻孔角度不好，造成装药时不便灌水，以　至信噪比大。　

（２）炮孔间距过长，导致采集数据不合格，炮　

孔间距必须小于３　ｍ。

　・１４０・　路基工程　Ｓｕｂｇｒａｄｅ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　２０１５年第５期（总第１８２期）　

（３）接受器、炮孔打歪或孔径过小，无法装接　

受器和装炸药，数据采集工作无法进行。　

（４）测量放线有误，放线的孔位和间距不符合　

ＴＳＰ技术交底要求。　

（５）地质条件较差的地段，在钻孔后出现塌孔　

现象，造成有效炮孔数量过少。　

１．１．２环境噪音　

环境噪音也是数据采集中存在的主要问题，噪　

音源可能是洞内的高压风管风噪、工程车辆和机械　

噪音、人为敲打、水管、通风管和邻近洞室的放炮　

震动等。正常开展ＴＳＰ数据采集时，掌子面的作业　

队伍会停止作业配合采集，但某些在掌子面后方一　

定距离的工序仍继续作业，对数据采集产生影响。　

１．１．３洞室结构　

在数据采集过程中，洞室结构对数据采集存在　

较大的影响，主要表现在两个方面，一是边墙洞室，　

包括避车洞、设备洞室、小型溶洞、严重超挖等；　

二是台阶法施工。　

１．１．４材料供应不合格　

按照要求，现场应该提供乳化炸药、瞬发电雷　

管和锚固剂，但在以往的采集过程中，遇到部分工　

区提供毫秒延时雷管和火雷管的情况，这些都是造　

成数据采集障碍的因素。雷管的延时，会导致直达　

波时间变异；锚固剂不合格，接收器耦合不好，会　

造成声波和面波的干扰波增加，影响数据的准确　

采集。　

１．２数据分析过程中的影响因素分析　

目前，ＴＳＰ超前预报系统在预报精度上还有待　

提高，在保证现场数据采集合格的前提下，分析人　

员要熟知各项岩体力学参数的意义和现场的地质情　

况，根据不同的围岩条件选取合适的带通滤波参数　和预报距离，才能分析出合格的成果　Ｊ。　

人员经验、筛选后的有效数据数量、单双通道　

接收器、现场地质情况的分析参照、反射面的增减、　

预报距离选择、初值拾取和带通滤波参数选取等，　

对数据分析有一定的影响。根据厦深铁路大南山隧　道ＱＣ活动，归纳数据分析过程中的影响因素，见　

图１。　

１．２．１炮点参数录入错误　

在对以往分析数据的检查中，发现存在炮点数　

据填写错误的情况。室内数据填写时，根据现场数　

据记录表现进行相邻炮点间距的叠加，以便算出炮　

点距离到接收器的距离。这些数据正常采集的情况　

下包括５组，每组２４个数据。而这些数据的录入错　

误是相互影响的，并导致预报结果的偏差。　影　响　［力　＿口　预　报　准　确　盗　因　素　人员经验　经验不足　

数据填写不仔细　

有效数据个数Ｈ有效数据不到１８个对结果影响较大　

双接收器　

带通滤波参数　

初值拾取　

预报距离　双接收器时，不在炮孔边墙的接收　器和炮　Ｌ偏移距不等差　选用参数不恰当ｉ　

对初值的概念不清ｌ　

对地震波剖面放大不够Ｊ　

预报距离过长｝　

塑旦垦塾亘Ｈ　塑垦盟亘旦　堡茎翌　墨亘里巫　

函　

数据分析时没有参照当前掌子面实际围岩情况　

图１数据分析过程中的影响因素　１．２．２带通滤波参数选取　

带通滤波频率的选择会对后续处理及分析结果　产生较大影响，所以合适的参数选取，避免波形的　

畸变是提高分析精度的主要过程。目前带通滤波参　

数主要有３种选取方法：第１种是直接用计算值；　

第２种是低切、高通分别用３０和５０；第３种是低　

切、高通、低通和高切４个值全区手动选取，选取　

值可以对照“频谱”线性图进行修正。而这３种选　

取方式在同一个原始资料基础上会分析出３种不同　

的波形。对两个项目３２０次的ＴＳＰ数据分析进行抽　

样统计，带通滤波参数选取方法比例，见图２。　

８％　口计算值法　■低切３Ｏ高通５０法　一手动选取法　

图２带通滤波参数选取方法比例　

１．２．３初值拾取　

初值拾取的主要目的是，通过屏蔽地震道使其　

线性回归线基本穿过时间轴零点。对于初值的拾取，　

个人的认识不同和选取点不同都会得到不同的速度　

值。而对于首个波峰的认识大部分技术人员不存在　

问题，反而是在简单的拾取上出现问题，由于对拾　

取窗口放大的程度不同，最终得到的结果就会存在　

差异，影响结论的准确性。　

１．２．４预报距离与准确率的调查　

在数据采集合格、同样的初值拾取、选取同样　

的带通滤波参数前提下，对同一份数据选取不同的　

预报距离，通过多次开挖验证对比推断，随着预报　

距离的加长预报准确率线性下降。预报距离和准确　

率关系，见图３。

　智刚：ＴＳＰ超前地质预报结果准确性的影响因素分析　

预报距离／ｍ　注：２４０ｍ往后趋势推测准确率，不排除技术革新后的突破　图３预报距离和准确率关系　

２提高ＴＳＰ预报成果准确性的对策措施　

２．１针对数据采集影响因素的措施　

２．１．１炮孔和接收器孔不合格对应措施　

作为预报单位，首先要与施工单位拥有良好的　

沟通，并且施工单位的现场负责人应具有较好的执　

行力。要求现场技术人员严格按技术交底对炮孔和　

检波器孔进行测量放线，避免间距、孔高存在偏差；　

建议工区明确钻孔工作的重要性，根据钻孔质量好　

坏制定实施奖罚制度；钻孑Ｌ过程中，技术人员应协　助钻孔人员钻孔，并对钻孔过程进行指导和监督，　

对于地质条件较差的地段，钻孔完成后，应及时插　入备好的ＰＶＣ管，以免长时间悬空塌孔。　

２．１．２针对环境噪音的措施　

在数据采集过程中应设置１名巡查员，控制环　

境噪音，寻找干扰源和切断干扰源，配合数据采集。　

对于一些客观存在，无法避免的噪音源，应保证噪　

音检测在７８　ｄＢ以下才开始数据采集，否则停止。　

２．１．３针对特殊结构洞室的措施　

ＴＳＰ数据采集区域如存在室结构施工，则洞室　

结构施工应在ＴＳＰ数据采集工作完成以后进行；左　

右边墙如一边有明显洞室结构，尽量将炮孔布置在　

无洞室的的一边。　

台阶法施工正常有三台阶、两台阶等，主要的　

还是两台阶里的３种情况，见图４。　

掌　子　面　

掌　子　面　

掌　子　面　ｌ　塑堂直回　Ｉ短台阶Ｉ……………………　

ｌ　塑鲎立　■●Ｏ川●●…●…●…●●…　Ｊ中长台阶Ｊ　．　一　一　

图４台阶法施工炮孔排布示意　

图４中的台阶长短是相对于炮孔排布而言，如　遇到台阶法施工应按照图中示意的方式进行打孔，　炮孔高度务必保持一致。如果打孔过程中台阶较高，　上台阶面的孔高可以适当降低，悬空部分的钻孔应　

结合装载机等机械设备完成打孔，不可由钻进人员　

用手托举打孔，托举打孔容易造成角度下倾的炮孔，　

影响正常的水封。　

２．１．４现场提供材料不合格的对策　

应督促现场主要负责人对炸药、雷管、锚固剂　

加强监督管理，严格按交底提供材料，炸药要求为　

乳化炸药、雷管为瞬发电雷管，不能用其他材料进　行替代。如采用ＴＳＰ３０３Ｐｌｕｓ的多功能触发器，可以　

对毫秒延时雷管进行纠偏，减少了施作的约束条件。　２．２针对数据分析影响因素的措施　

２．２．１针对炮点参数录入错误的措施　

对于数据录入推荐用ＥＸＣＥＬ表格对现场数据进　

行录入，并检查后进行表格计算，减少计算器叠加　

或者部分技术员心算造成的误差。对数据录入引起　

重视，填写完毕，必须由他人进行检查，保证数据　

填写百分之百的准确。现场数据采集录入窗口，见　

图５。　

曩ｉ誊√　萋　ｊ　镧　抽　崴｝　凌　毒¨　善；　誊零　瞽：　薯　｛１　１６　Ｏ０－１　７０　０ｏ　０　Ｉ１　０　２０　ｉ　…¨一　ｉ　２　ｌ７　５０一Ｉ　７Ｏ　００　０　１３　６　２０　一　３　１８　９０—１　７０　Ｏ０　０　１６　ｑ　２０　ｉ　４　２０．４０—１　７０　Ｏ０　０　１　７　８　２０　５　２１　９５一Ｉ　６５　００　０　Ｉ６　８　２０　６　２３　５５—１　６０　Ｏ０　０　１５　９　２０　７　２５　Ｏ５—１　５５　００　０　１５．６　２０　－　８　２６　５０—１　５０　００　０　１３　９　２０　鬟　蠢薯一　茹　蠢遴曩　篡　∞誊曩曩誓　Ｌ嚏囊　一】礁辨　

图５软件录入固口示意　２．２．２带通滤波参数选取的对策　

在每次分析ＴＳＰ报告时采用３种不同的参数选　

取方法进行分析，并且带通滤波低切、高通选取值　

控制在３０～１００之间，低通、高切硬岩地区选取值　

控制在３０００左右，围岩较差的地段，低通、高切值　

选择１　０００左右，或者更小。开挖之后，利用绘制的　

地质展示图对３种不同的推断结果进行反演，计算　出预报准确率，总结经验。　

在数据分析到带通滤波选取的步骤，软件可以　自动选取波段，如图６所示浅灰色的范围。但计算　

值往往会虑掉部分对预报有参考价值的波形　，或