11 TSP预报误差

T S P超前地质预报 It was last revised on January 2, 2021T S P超前地质预报QB/ZTYJGYGF-SD-0204-2011广州分公司任晓锋屈强1 前言TSP超前地质预报概况TSP地质超前预报是勘察设计阶段以后工程地质工作的继续，主要目的为探测或预测开挖工作面前方围岩工程地质和水文地质情况，获取详细可靠的地质信息，如围岩类别、断层带和破碎带位置、性质、规模、富水等，进行信息反馈。

并对探测到的地质情况进行综合分析，做出判断，提出地质预报成果，作为指导施工和优化支护参数、围岩类别变更等动态设计的依据。

TSP超前地质预报原理隧道地震波法（简称TSP），其原理是通过小药量爆破所产生的地震波信号沿隧道方向以球面波的形式传播，在不同岩层中地震波以不同的速度传播，在其界面处被反射，并被高精度的接收器接收。

通过计算机软件分析前方围岩性质、节理裂隙分布、软弱岩层及含水状况等，最终显示屏上显示各种围岩构造界面与隧道轴线相交所呈现的角度及掌子面的距离，并可初步测定岩石的弹性模量、密度、泊松比等参数以供参考。

2 工艺工法特点地质超前预报工作可进一步查清因前期地质勘察工作的局限而难以探查的、隐伏的重大地质问题，根据掌握的地质灾害前兆和超前预测预报地质灾害，及时改进施工方法，调整施工工艺，确定防灾预案，进而指导工程施工的顺利进行；施工地质工作可降低地质灾害发生的机率，在隧道施工阶段，TSP超前地质预报技术是保证隧道顺利安全施工的重要地质预报手段，但需辅以其它地质预报手段，才能保证其精度。

3 适用范围该法适用于复杂地质的公路、铁路等隧道工程施工，用于划分地层界线、查找地质构造、探测不良地质体的厚度和范围，但仪器在作业过程中对环境的要求较高，若噪声过大则会影响采集数据的准确性。

4 主要引用标准《铁路隧道超前地质预报技术指南》（铁建设【2008】105号）、《客运专线铁路隧道工程施工质量验收暂行标准》(铁建设[2005]160号)、《铁路隧道施工规范》(TB10204) 、《公路隧道工程施工技术规范》（JTG F60）。

超前地质预报现场实施要求一、TSP203隧道地质超前预报1、TSP203隧道地质超前预报布孔要求1）爆破孔24个：孔距1.5米，孔深1.5米；孔高（距地面）1－1.2米；倾角：向下10°－20°；孔径：38mm（不小于38mm）2）两个传感器孔：孔深2.0m（不大于2.0m）；倾角：向上5°－10°；距地面高度：1－1.2 m；孔径：45－50 mm（不小于45 mm，不大于50 mm）最后一个爆炸孔距传感器孔距离：17－20 m3）所需材料：起爆器一个（内装好干电池）；乳化炸药：3kg－4kg；瞬发电雷管30发；卷尺一把（5m钢卷尺和皮尺各一把）4）注意事项：●应采用瞬发电雷管和防水乳化炸药作震源之用；●必须满足TSP操作的隧道开挖距离，接收器孔和炮孔应在同一平面上（图）；●激发时炮孔中灌水，确保足够的激发能量在岩层传播以及减少震源带来的干扰；●如果围岩较软，打孔后容易塌孔，需做好护孔工作，如使用PVC管支护；●爆炸孔尽量不在电缆线一侧；●爆炸孔布在隧道的左右侧均可；●最后一个爆破孔尽量靠近掌子面。

●爆破孔、传感器孔，布孔示意图如下：图1 接收器孔和炮孔平面分布2、现场配合1）施工单位提前2-3天报计划，即通知第三方预报单位；第一次预报施工断面需进洞深55米以上，每次预报长度为100m左右，两次预报重复搭接长度为10m左右。

2）如果要做TSP203地质超前预报，则需在每次报计划开始，同时进行打孔，检测单位到达现场即可开始预报工作。

3）现场需要1名跟班技术员，2名炮工和2名杂工配合第三方进行预报工作。

4）在进行超前地质预报工作时，应停止掌子面及其附近的施工作业。

二、地质雷达隧道地质超前预报本次采用的地质雷达为意大利生产的RIS-K2型，天线使用中心频率为200MHz和80MHz的两种低频屏蔽天线。

有效探测距离在完整灰岩地段大于20m，在岩溶发育地段根据雷达波形判定。

隧道地质预报-TSP准备工作隧道实施TSP要求：请各项目转发给隧道技术负责人和各个隧道现场技术人员（1）炮眼与接收器孔宜布置在同一水平线，如遇特殊情况：水、风管遮挡，堆积物弃碴或其他杂物较高而阻挡边墙时，可适当增大或降低炮眼高度，范围在±0.5m，同一条测线调节高度的炮眼不能超过5个，如超过可调节接收器孔高度；技术员根据图1用喷漆在边墙布置测线，将具体要求与工队交待到位并现场监督指导，避免耽误检测和施工时间；（2）如测线中有避车洞，锚段等隔空段时，应将测线布置在没有隔空段的一侧；如两侧都有隔空段应注意接收器孔与第一个炮眼（即图1中S1）之间为连续实体边墙，不能存在阻挡物和隔空段，炮眼之间有避车洞时可将炮眼打在避车洞内，保持炮眼的横向水平间距为1.5m；（3）接收器孔高度宜调节可操作高度，距离地面约1~1.5m，为50mm钻头打孔，深度为1.9~1.95米左右，切勿超过2m，孔身保持至直线，防止打孔时钻杆的震动错位导致孔身弯曲，孔身不直，接收器套管则无法装入，接收器为高度精密仪器且不防水，所以倾角为上倾，角度5~10°，一般为两侧都需打孔，与炮眼一侧的接收器孔则必须打；（4）炮眼数量24个，为42mm钻头打孔，因为TSP采集的为炸药爆炸所产生的地震波而非声波（声波在TSP检测中视为噪音干扰波），所以检测时一定要向炮眼内灌水，将水管插入炮眼直至灌满，如无水管可接水灌满或将隧道内炮泥、锚固剂等流塑体填充炮眼，从而减少爆破震动的损耗，将最大的震动传至接收器所用；炮眼倾角为下倾，角度约10~20°，炮眼深度大于等于1.5m，不能小于1.5m，炮眼间距不能小于1.5m，遇特殊情况可增大，范围在0.5m；如布置测线时接收器孔或者炮眼位于即将开挖的仰拱区段，而检测时仰拱已开挖导致操作人员无法达到作业高度，应及时准备梯子或用弃碴堆积至可操作高度；（5）检测所选用雷管为瞬发电雷管（无延迟无段位），每个隧道口检测至少需24根锚固剂（5~10卷）用来将接收器套管与岩石锚固紧密；炸药采用爆速大于3600m/s的防水乳化炸药，用量视地质好坏调整，使用量约一包（即4kg，每管200g）；围岩坚硬时，岩石质地紧密，地震波传播速度快地震能量损耗小，每个炮眼约装67g（1/3管）或100g(1/2管)炸药；围岩软弱，中强风化时，岩石质地疏松，地震波传播速度慢损耗较大，每个炮眼约装200g（1管）炸药；同一地质的测线中，距离接收器越远，地震波传播距离越长，传到接收器的地震波能量也就越小，所以检测中应根据实测能量适当增加药量以保证接收器的信号采集质量；（6）放炮线和起爆器：炮线为工队提供，宜采用低电阻炮线，长度大于接收器孔至最靠近掌子面炮眼的距离；根据检测经验，可采用铜质地电线，如采用一般炮线应截断至所需长度，炮线不能盘成圈状，防止电磁感应对信号采集的干扰；起爆器为工队提供，检测前应检查并保证起爆器完好可用，避免在即将检测时发生爆器质量或电量问题来回更换耽误检测时间和隧道正常施工工序；（7）技术员全程旁站，检测前确认接收器孔与炮眼完好无误后合理安排时间并组织工队现场操作，提供检测当日掌子面里程和接收器孔里程（该里程直接影响到探测距离和准确率，须提供准确），接收器孔里程如未及时测量应根据隧道内具有准确里程的参照物（避车洞里程，围岩量测点里程，仰拱、衬砌里程）现场丈量并及时给出；（8）检测时，掌子面如已打好炮眼切勿装药，根据接收器信号采集效果调整掌子面钻眼作业，接收器对于信号采集非常灵敏，应尽量减少检测时的声波和震动干扰；现场指派2~3名工人配合装药，灌水，爆破和后期工作。

·45·第　３期 总第　２１７　期２０１８　年　５　月浙江水利科技Ｚｈｅｊｉａｎｇ　ＨｙｄｒｏｔｅｃｈｎｉｃｓＮｏ　．　３ Ｔｏｔａｌ　Ｎｏ　．　２１７Ｍａｙ　２０１８TSP 超前地质预报在水工隧洞中的应用郑 禄（辽宁省水资源管理集团，辽宁 沈阳 110000）摘 要：在水工隧洞施工的过程中，地面勘察和掌握的地质资料难以完全揭示隧洞掌子面前方的地质状况，为了确保施工安全，必须在施工前开展有效的超前地质预报工作。

TSP 超前地质预报具有精度高、距离长、效率高、效果好的优点，对地质断层、破碎带、软弱夹层和岩溶等预报效果突出，在国内隧洞施工中发挥着重要作用。

结合工程实例阐述TSP 超前地质预报的基本原理、特点、测线布置方式和预报判读依据，并对TSP 超前地质预报在水工隧洞施工中应用的优、缺点进行分析。

关键词：TSP ；地震波；超前地质预报；水工隧洞中图分类号：TV698 文献标识码：B 文章编号：1008 - 701X (2018)03 - 0045 - 02DOI ：10.13641/j .cnki .33 - 1162/tv .2018.03.013收稿日期：2017-11-07作者简介：郑 禄(1991 - )，男，助理工程师，大学本科，主要从事工程建设管理工作。

E - mail ：462355465@1 TSP 原理TSP 方法属于多波多分量高分辨率地震反射法。

地震波在设计的震源点（通常在隧洞的左或右边墙，大约24个炮点）用小量炸药激发产生。

当地震波遇到岩石波阻抗差异界面（如断层、破碎带和岩性变化等）时，一部分地震信号反射回来，一部分信号透射进入前方介质。

反射的地震信号将被高灵敏度的地震检波器接收。

数据通过TSPwin 软件处理，便可了解隧洞工作面前方地质体的性质（软弱岩带、破碎带、断层、含水岩层等）、位置及规模。

为下一步的施工提前做好准备，防止隧洞突发性涌水、塌方，保证施工安全，为后期开挖及支护提供详细参数。

渝湘高速公路H11标段平阳盖隧道右线出口TSP超前地质预报技术简报（预报里程：YK39+393~YK39+342 段一、任务依据及目的要求采用TSP200仪器对渝湘高速公路平阳盖隧道进行超前地质预报。

目的是探测隧道里程端YK39+393〜YK39+342段的地质情况。

二、TSP法原理简介TSP （Tunnel Seismic Prediction ahead ）法，即隧道前方地震预报法或超前地质预报法，它的基本原理如下：如图1所示（略，在隧道掌子面附近边墙一定范围内布置激发孔，通过在孔中人工激发地震波，所产生的地震波以球面波的形式在隧道围岩中传播，当围岩波阻抗发生变化时（例如遇岩溶、断层或岩层的分界面），一部分地震波将会被反射回来，另一部分地震波将会继续向前传播。

反射的地震波由高精度的接收器所接收并传递到主机形成地震波记录，图2（略对TSP200仪器采集的数据利用TSPwin软件进行处理，可以获得隧道掌子面前方的P波、SH波和SV波的时间剖面、深度偏移剖面、岩石的反射层位、物理力学参数、各反射层能量大小等中间成果资料，同时还可得到反射层的二维和三维空间分布，根据上述资料预报隧道掌子面前方的地质情况，如软弱岩层、断层、裂隙等不良地质体。

三、工程地质概况本段隧道埋深296〜357m。

出露地层为吴家坪组，岩性主要为含炭质灰岩夹灰岩、灰岩中中含较多隧石结核，其次是铝土岩、炭质页岩，灰岩属硬质岩，铝土岩及炭质页岩为软质岩。

灰岩Rb=64.7〜73.3MPa,含炭质灰岩Rb=23.2〜24.5MPa,岩层走向与洞轴线垂直，穿越平阳盖向斜轴部，受构造影响较重，岩层层间结合较差，岩体较完整，为镶嵌碎石状结构，拱部无支护时，易产生挤压变形及小坍塌。

该段位于向斜轴部，地下水较丰富，在向斜核部及与铝土岩接触带及岩溶发育带易产生大量突水、突泥，以管道形式为主；在其余部位以淋水及股状涌水为主。

因该段隧洞出露的P2c、P2w组是强〜中等富水透水岩组，且地处平阳盖向斜核部，地表岩溶洼地、落水洞发育，加之隧道段存在〃大水井一岩门口〃地下暗河，故在向斜核部P2c、P2w组灰岩出露区内地下水的汇集径流比较容易，并容易在隧道段深部形成强径流区，又由于拟建隧道北部是暗河的排泄区，隧道处于地下水强径流带与深部循环带之间（隧道高程最高440m）,暗河管道高于隧道，隧道一旦形成，很有可能遇到中等发育的岩溶充水洞隙，若这些洞隙与暗河相通，在高水头及强降雨时期，将可能导致隧道大量涌水或产生岩溶塌陷，同时还将导致该暗河补给区内的大部分地表水涌入隧道。

TSP探测在超前地质预报中存在的问题及解决方法摘要准确预报开挖前方的地质条件是隧道建设者们的迫切要求。

近几十年来世界各国都把这类问题列为重点的研究课题。

准确而有效的超前地质预报工作，不仅可为施工单位节约大量成本，加快施工进度，更重要的是提高隧道工程的施工质量，所以隧道施工中超前地质预报应用也越来越广泛。

本论文首先简单介绍了TSP探测技术的基本原理。

其次，简单分析了一下TSP探测在使用过程中存在的问题和对如何提高探测的准确度。

最后，针对TSP 探测存在的问题，提出解决方法。

其中重点总结突出TSP探测在隧道、涵洞等施工中的重要性。

超前地质预报能使施工单位准确、全面地掌握隧道开挖山体的地质情况，对超前地质预报一定要准确进行。

超前地质预报能是施工单位确定施工方案，选择施工工艺，确定衬砌类型，开挖方式，爆破方式等。

超前地质预报是施工的指南针，TSP探测是超前地质预报的指路明灯。

ABSTRACTAccurately forecast the geological condition in front of the excavation is the urgent request of tunnel builders.All countries in the world in recent decades to such problems as the research subject.Accurate and effective advance geological forecast work, not only can save a lot of cost for construction unit, to speed up the construction progress, more important is to improve the quality of tunnel engineering construction, so advance geological forecast in tunnel construction is becoming more and more widely applied.This paper first briefly introduces the basic principle of TSP detection technology.Secondly, a simple analysis of the TSP exploration on the problems existing in the use process and how to improve the accuracy of detection.Finally, aiming at the existing problem of the TSP exploration, and put forwardsolutions.Highlight the TSP detecting which emphatically summarized importance in construction of the tunnel, culvert, etc.Advance geological forecast can make the construction unit accurately and comprehensively grasp the geological situation of mountain tunnel excavation, to advance geological forecast must be accurate.Can advance geological forecast is the construction unit to determine construction scheme, construction technology, determine the lining type, excavation method, blasting methods and so on.Advanced geological prediction is the construction of the compass, the TSPdetecting is the beacon to advance geological forecast.Key Words:tunnel-seismic-prediction error radar seismic-wave tunnel look-ahead hole geology目录摘要错误！未定义书签。

2016年第4期西南公路0　引　言1　提高TSP 超前地质预报精度的方法近年来，随着我国基础建设事业的快速发展，在TSP 超前预报方法属于直线测线方式的地震反铁路公路交通等领域修建了大量隧道工程。

我国已经射波法，其主要特点有：适用范围广，探测距离成为全世界隧道修建规模最大的国家。

与此同时，隧远，对施工干扰小，数据采集及处理速度快。

但往道规划修建的重点也逐步，向地形地质条件更加复杂往存在预报精度不高等问题，可以从以下几个方面的西部山区转移，深埋长大隧道大量涌现。

提高TSP 预测精度。

越来越多的长大山岭隧道必然对工程地质勘察 1.1　地震波采集提出更高的要求，但是由于山高洞长，隧址区林木（1）应根据现场情况选择测线布置位置，一茂密，交通不便，地形地质情况复杂，地表勘察不般不置于双洞中间的岩体，且尽量避开加宽带、车便以及手段有限，勘察设计阶段难以对隐蔽性强的通、横通，尽可能布置在同一台阶。

以便保证测线断层，破碎带等不良地质进行全面、准确的掌握。

中炮孔的间距符合要求且在同一平面。

为了保障施工安全，减少施工期地质灾害损失，探（2）接收孔和炮孔的位置、距离、深度、倾角测不良地质体，提前掌握围岩变化情况，超前地质等应尽量符合要求，并对各孔的深度、倾角、方位角预报技术应运而生。

等参数进行测量，以便后期处理数据时进行修正。

目前超前地质预报方法种类较多，但是最常用（3）检波器套管应使用环氧树脂或锚固剂与的是地质雷达和TSP 方法，其中地质雷达预报距离岩壁耦合，否则地震波会在套管和孔壁间空隙多次较短，一次只能探测掌子面前方10～30m 的距离，反射，波形震荡，形成强震幅，影响有效信号的识而TSP 法一次探测距离长，占用时间少，不需要撤别。

炮孔也应尽可能注水密封炸药进行耦合，从而出台车，对施工干扰小。

本文结合TSP 方法在米仓增加爆破能量，压制爆破声波干扰。

因为相同情况下，水下爆破激发地震波的传播距离是空气中爆破山隧道的应用，对TSP 方法的解译原则、主要优势、存在问题和预报精度提高方法进行了探讨。

TSP预报成果参数变化规律总结及处理结果合理性评价摘要:TSP超前预报资料处理结果存在的多样性。

合格的处理结果，既要满足物性参数的物理合理性，又要符合实际地质情况。

只有在物理合理性的基础上，结合开挖段围岩工程地质条件、超前钻探等资料，才能得出符合实际围岩地质情况的预报成果。

对反演结果中主要物性参数的物理意义及互相关变化规律的研究和总结，不仅能帮助资料解释人员在多个反演过程中选出具备物理合理性的结果，也能指导资料处理过程中的参数选择，避免反演结果物理矛盾的出现。

本文从反演结果中主要参数的物理合理性出发，通过研究TSP反演结果中主要物性参数变化的物理生成机制，结合应用实例及开挖验证情况，分析得出TSP成果参数之间的变化不是单一的，并总结出了主要物性参数变化的一般规律及互相关的变化趋势。

关键词：纵波、横波、动态杨氏模量、泊松比一、引言隧道前方围岩的岩性、富水程度、节理发育程度、硬度、构造、开挖后的稳定性等是隧道施工过程中关注的重点。

TSP数据的反演结果中，各个参数必须满足物理合理性，才能真实地反应围岩工程地质情况。

那么就需要对反演结果中给出的纵波速度（Vp）、横波速度（Vs）、泊松比（υ）、动态杨氏模量（Εd）等参数一个物理合理性评价标准，通过总结各个物性参数变化的物理机制、互相关变化规律，我们是能够得出答案的。

二、主要参数物理分析TSP反演结果中，主要的物性参数包括：波速（Vp、Vs）、泊松比（υ）、动态杨氏模量（Εd）。

波速横波的传播是由于媒质内部发生剪切变形，并产生使体元恢复原状的剪切弹性力而实现的。

否则一个体元的振动，不会牵动附近体元也动起来，离开平衡位置的体元，也不会在弹性力的作用下回到平衡位置。

固体有切变弹性，所以在固体中能传播横波，液体和气体没有切变弹性，因此只能传播纵波，而不能传播横波。

由此可见，纵波能在岩石骨架及其填充气体、流体中传播，填充物对纵波有减速作用，横波不能在流体和气体填充物中传播。

第5卷第3期2008年6月　工程地球物理学报CHIN ESE J OU RNAL OF EN GIN EERIN G GEOP H YSICSVol 15,No 13J un 1,2008文章编号:1672—7940(2008)03—0266—08超前预报技术的缺陷与技术的应用赵永贵,蒋　辉,赵晓鹏(中国科学院地质与地球物理所,北京100029)作者简介:赵永贵(1943-),男,辽宁新民人,工程地球物理专业博士,中国科学院地质与地球物理研究所研究员,中国地球物理学会工程地球物理专业委员会主任。

E -mail :zhaoyonggui @摘　要:国内外的隧道地质超前预报技术正在发展之中,目前TSP203技术在中国的用户较多,它采用一维观测系统,获得的地震资料是零偏移距反射道集,不能准确确定掌子面前方围岩的波速分布,也不能准确推定反射地质界面的位置和力学性状,造成很多漏报和误报,亟待改进。

作为改进对策,TST 隧道超前预报技术采用二维和三维观测系统和偏移成像处理技术,利用不同偏移距的共散射点道集,同时利用走时和振幅等运动学和动力学信息,准确确定掌子面前方围岩速度分布、反射地质构造的准确位置和界面两侧围岩力学性状的差异,具有坚实的物理基础,克服了TSP203技术的缺陷,大大地提高了超前预报的准确性和可靠性,降低了预报的风险。

关键词:隧道超前预报;TSP203技术;零偏移距道集;TST ;波速分析;偏移成像中图分类号:P631.4文献标识码:A收稿日期:2008-01-26The T echnical Bug of TSP203and Application of TST T echniqueZhao Y onggui ,Jiang Hui ,Zhao Xiaopeng(I nstitute of Geology and Geophysics ,CA S ,B ei j ing 100029,China )Abstract :Current met hods of t unnel geological p rediction are developing at home and a 2broad.By TSP 203met hod ,t he observation is made along a line ,and only zero off -set seismic data are obtained ,so it is hard to accurately determine t he seismic velocity dist ribu 2tion of wall rock ,to find t he accurate position of geological interface ,and to recognize t he mechanical difference between two side rocks of t he reflector.Therefore ,f rom t hese defec 2tive techniques ,t his paper proposes TST met hod wit h 2D and/or 3D observation and data p rocess of migration image and t ravel time inversion image ,which solves t he problem of an 2alyzing velocity st ruct ure of wall rock in t he f ront of t unnel face and realizes accurate image of geological f ramework of t unnel wall rock.This met hod is fit for geological prediction un 2der complex geological condition.K ey w ords :t unnel geological prediction ;TSP203;zero off -set gat her ;TST technology ;seismic velocity analysis ;seismic migration image1　引　言隧道施工中的地质超前预报是一个国际前沿课题,也是一个难题,各国都在研究之中。