TSP超前探测技术应用分析.pdf

2 0 1 1 年第9期 中州煤炭 总第 1 8 9期 T S P超前探测技术应 用分 析 王 刚 ， 王 志玲 ， 赵 显 宗 安 徽 省 煤 田 地 质 局 物 探 测 量 队 ， 安 徽 宿 州 2 3 4 0 0 0 摘要 T S P技术是 目前较先进 的隧道超前地 质预 报技术 ， 可 以较 准确地 探明 隧道 不 良地质 问题 ， 对 施工 中的 地质 灾害防治具有较好 的作用 。结合某岩溶 隧道 施工探测应用实例 ， 介 绍 了T S P探测原理 、 数据 采集处理及 解释 方法。实际开挖结果证 明， T S P超前地质预 报技 术比较准确地预报 了涌水 的位置 ， 为隧道 的施工安全起 到 了指 导作 用 。 关键词 T S P ； 超前探测 ； 岩溶隧道 ； 裂 隙水 中 图分 类 号 TU 4 4 3 文 献 标 识 码 B 文 章 编 号 1 0 0 30 5 0 6 2 01 1 0 90 0 5 10 2 随着西 部 大开 发 战 略 的 深 入 开 展 ， 在 工 程地 质 和水 文地质 条 件复 杂 、 水 能 和矿产 资 源丰 富 、 陆路交 通 网 密度远 低 于全 国平 均水 平 的西部 地 区将会 修建 更 多 的 隧 道 。在 初 勘 中采 用 地 面调 绘 、 钻 探 、 物 探 、 遥 感判 译 、 波速 测井 等方 法 ， 很难 确定 引发 施 工地质 灾 害 的不 良地 质 体 的位 置 、 规 模 和性 质 。施 工 过程 中经 常 出现突 水 、 突泥 、 塌方 、 瓦斯 燃烧 等 事件 ， 造成 巨大人 身 伤 亡 事 故 ， 给 施 工 带 来 极 大 困 难 。 因 此 ， 王 梦恕 院士 指 出 超前 地 质 预 报 应 该 也 必 须作 为 工序 列入 工 程成 本 。 T S P T u n n e l S e i s mi c P r e d i c t i o n 是 目前 应 用 最 多 的 隧道地 震 波超前 地 质预 报 方法 之 一 。T S P作 为 隧道施 工 中普 遍采 用 的长 距 离 超 前 地质 预报 手 段 ， 可以对岩体 的参数进行定量测量 ， 对工作面前方遇 到 与 隧道轴 线 近垂 直 的 不 连续 体 节 理 、 裂 隙 、 断层 破 碎带 等 界面 的测 量结 果 比较 可靠 。因此 ， 采 用 T S P超 前 地 质 预 报 对 隧 道 进 行 长 期 预 报 对 施 工 有 较好 的指 导 意义 ， 能达 到减 小地 质 灾害 的 目的 。 l 工 程 概 况 某 隧 道 位 于秭 归 县 水 田坝镇 境 内 ， 隧 道 采用 分 幅式 ， 其左 幅起 讫 桩 号 Z K 1 2 66 2 2～Z K I 3 0 4 5 8 ， 总 长 3 8 3 6 ． 0 m， 右 幅 起 讫 桩 号 Y KI 2 6 5 5 4 ～ Y K1 3 0 3 6 9 ． 5 ， 总 长 3 8 l 5 ． 5 m。隧 道 属 标 准 问距 隧 道 ， 设 计 路 面 为 单 向 坡 ， 纵 坡 降 1 ． 6 9 2 ％ ～ 收稿 日期 2 0 1 1 0 50 6 作者简 介 王刚 1 9 7 9 一 ， 男 ， 安徽宿 州人 ， T 程师 ， 2 0 0 3年 毕业 于河北理 工学 院 ， 现从事 物探工作 。 1 ． 6 9 3 ％ ， 最大 埋深 约 4 2 1 ． 3 6 m， 属深 埋特 长 隧道 。 隧 道 区属 构 造剥蚀 侵蚀 层状 低 中 山岭 剥夷 面峡 谷 区 ， 受 向斜 构 造 以 及层 状 坚 硬砂 岩一 半 坚 硬砂 质 泥 岩夹 软质 泥页 岩 岩性 差 异 风 化 剥蚀 控 制 ， 区 内 山 岭走 向 、 坡 面形态 复杂 多变 ， 隧道 场址 位 于秭归 盆地 西 翼 ， 主 要 由侏 罗 系层 状 坚 硬 砂 岩一半 坚 硬 砂质 泥 岩夹 软 质泥 页岩 碎 屑岩类 构 成 ， 隧道 区 内上覆 盖 层 为残 坡积碎 石 土 ， 沿 山坡 分布 ， 局部 沟谷 处有 第 四 系 冲洪 积亚 黏土 、 砾 卵石层 ， 下伏 基 岩为 紫红 色薄一 中层 泥 质粉砂 岩 与灰 白色 中一厚 层 长石砂 岩不 等厚 互层 。 2 T S P探测原理 在 设 计 的震 源 点用 少 量 炸 药激 发 产 生地 震 波 ， 当地 震 波遇 到 岩 石 波 阻抗 差 异 界 面 如 断 层 、 破 碎 带 、 岩 性 变 化 、 溶 洞 和 地 下 水 等 时 ， 部 分 地 震 波 信 号反 射 回来 ， 部 分信 号 透 射 进 入 前方 介 质 。反射 的 地震 波信 号被 高灵 敏度 的地 震波 传感 器接 收 。通过 T S P w i n软件 对数 据进 行处 理 ， 便 可 了解 隧 道 工作 面 前方 地 质体 的 性 质 、 位 置 及 规 模 。T S P超 前 地 质 预 报测 线 及仪器 布 置如 图 1 所 示 。 图 1 TS P超 前 地 质 预 报 测 线 及 仪 器 布 置 5l 2 0 1 1 年第9期 中州煤炭 总第 1 8 9 期 3数据采集 、 处理 此 次预报 采用 的是 T S P 2 0 3 p l u s 系统 ， 对 隧道 进 口 Z K1 2 7 0 9 l～Z K 1 2 72 1 8段 进 行 探 测 ， 探 测 范 围共 1 2 7 m。沿 隧道 右侧 洞壁 布 置 2 4个 爆 破点 ， 爆 破点 平行 于隧 道底 面呈线 形 排列 ， 孔 距 1 ． 5 m， 孔 深 1 ． 5 m， 炮 孑 L 垂 直 于边 墙 向下 倾 斜 1 5 。 ～2 0 。 以利 于 灌水堵孑 L 。距最后的爆破点 1 5 m处设接收器点 ， 接 收器 安装 孑 L 的孑 L 深 2 m， 内置 接 收传 感 器 。采 集 的 T S P数据 通 过 T S P w i n软件 进行 处理 ， 获得 P波 、 S H 波 、 S V波 的 时间 剖 面 、 深 度偏 移 图和 反 射 层 提 取 图 以及 岩石 物性 参数 等一 系列成 果 。 4 数据解释 在成果解释中， 预报裂隙水常遵循以下准则 ① 若 S波反射较 P波强 ， 则表明岩层饱含水 ； ② V 。 ／ V 增加或 6突然增大 ， 常常由于流体的存在而引起 ； ③ S波遇 富水 岩层 反 射 很 强 ， 且 s波 反 射 明显 较 P波 反射 强 。s波 深 度偏 移 以 强 烈 的 负 反射 开始 ， 以 强 烈 的正反 射结 束 。P波 深度 偏 移 以强烈 的负 反射 开 始 ， 以强烈 的正反射 结束 。 基于上述基本准则 ， 结合不同不良地质的特征 ， 根据 T S P处 理 结 果 可 知 在 Z K 1 2 71 7 7附 近 ， 纵 、 横 波 波 速 比 l ／ 大 幅 增 加 由 1 ． 6 3 增 大 到 1 ． 8 8 ， 泊松 比明显 增 加 由 0 ． 1 9增 大 到 0 ． 3 0 ， 密 度显著降低 由2 ． 0 3 g ／ c m 降为 1 ． 9 2 g ／ c m ， 弹性 模量显著降低 由 1 5 G P a降为 1 0 G P a ， 且横波反 射 明显较 纵波 反 射 强 。 因此 ， 可 推 断 此 处岩 体 内节 理裂隙发育且含较多裂隙水。 5 实 际开 挖 结 果 验 证 当隧道 施 工 至 Z K 1 2 71 7 7时 ， 实 际 揭 露 围岩 为 紫红 色粉 砂 质 泥 岩 ， 节 理 裂 隙 发 育 ， 拱 部 呈 破 碎 状 ， 滴状渗水 ， 整体稳定性较差 ； 拱顶有大面积股状 流水 ， 流量较 大 。 与 实际 开挖 结 果 对 照 ， T S P超 前 地 质 预 报 比较 准确 预报 了涌水 的位 置 ， 为 隧道 的施 工 安全 起 到 了 指导 作用 。 6 结论 1 隧道施 工初 勘 不 能较 准 确地 确 定 不 良地 质 体的发育位置和情况 ， 所 以在施工过程中超前地质 预报 必须 列入 工序 。 52 2 T S P地质 预报 可对 隧 道 工 作 面前 方 的 围岩 进行 较准 确探 测 ， 通 过超 前地 质 预报 ， 能及 时掌握 T 作 面前方 的地 质情 况 ， 为 隧道 施 工 和及 时调 整 支 护 参数 提供 依据 ， 有效 控制 和避 免地 质灾 害 的发生 。 3 T S P预 报 准 确 预 报 了某 隧 道 Z K 1 2 71 7 7 处 的涌水 情 况 ， 据 此 ， 施 工 单 位 及 时 变 更 了 支 护 形 式 ， 保 证 了隧 道 的 顺 利施 工 。T S P对 裂 隙 水 的 探 测 结果 比较 准确 ， 对类 似工 程有 较好 的借 鉴意 义 。 参 考文 献 [ 1 ] 李术才 ， 李树忱 ， 张庆松 ， 等． 岩溶裂隙水与 不良地质情况超 前 预报研究 [ J ] ． 岩石力 学与 程学报 ， 2 0 0 7， 2 6 2 2 1 7 2 2 5 ． [ 2 ] 肖书安 ， 吴世林 ． 复杂 地质 条件 下的 隧道地 质超 前探 测技 术 [ J ] ． 工程地球物理学 报， 2 0 0 4， 1 2 1 5 9 1 6 4 ． [ 3 ] 刘志刚 ， 刘 秀峰． T S P在隧道 隧 洞超 前预 报 中的应 用与 发 腮 [ J ] ． 岩石力学 与工程学报 ， 2 0 0 3 ， 2 2 8 1 3 9 9 1 4 0 2 ． [ 4 ] 鲁光银 ， 朱 自强． T S P在 公路 隧道超 前地 质预报 中的应用研究 [ J ] ． 水文地质 程地质 ， 2 0 0 5 2 1 0 1 - 1 0 3 ． [ 5 ] 王洪 勇． 综合超前 地质预报 在圆梁 山隧道 中的应 ．}{I [ J ] ． 现代 隧道技术 ， 2 0 0 4， 4 1 3 5 5 - 6 ． [ 6] 孙克 国， 李术才 ， 张庆松 ， 等． T S P在岩溶 区I ] 1 岭 隧道预报 中的 应用研究 [ J ] ． 山东大学学 报 。1 学版 ， 2 0 0 8 ， 3 8 1 7 4 - 7 9 ． [ 7 ] 何发亮 ， 李苍松． 隧道施工期地质超前预报 技术的 发展 [ J ] ． 现 代隧道技术 ， 2 0 0 1 ， 3 8 3 1 2 - 1 4 ． [ 8 ] 王梦恕． 对岩溶地 区隧道施 工水文地 质超前 预报 的意 见[ J ] ． 铁道勘查 ， 2 0 0 4 1 7 - 9 ． [ 9 ] 张志龙 ， 王兰生 ， 王跃飞 ， 等． 雪峰 山高速公 路隧道 F 断层 带 的综 合超前地质预报 [ J ] ． 岩石 力学与二 I 程学报 ， 2 0 0 7 ， 2 6 增 1 3 31 1 3 3 1 5 ． [ 1 O ] 钟世航 ， 孙宏志 ， 王荣 ， 等． 隧道掌 子面前 方地质预报 的现状及 发展 之路 [ J ] ． 工程地球物理学报 ， 2 0 0 7 ， 4 3 1 8 0 一 l 8 5 ． [ 1 1 ] 刘斌 ， 张庆松 ， 薛翊国 ， 等． 综 合超前 预报 手段在探查充填 溶洞 中的应用研究 [ C] ／ ／ 中国地 球物理． 青岛 青 岛海洋大学 f “版 社 ． 2 0 0 7 ． [ 1 2]李利平 ， 李术才 ， 张庆 松． 岩溶地 区隧道裂 隙水突 出力学 机制 研究[ J ] ． 岩土力学 ， 2 0 1 0， 3 1 2 5 2 4 - 5 2 8 ． [ 1 3 ] 许振浩 ， 李术才 ， 张庆松 ， 等． T S P超前地质 预报 地震波 反射特 性研究[ J ] ． 地下空间 与工程学报 ， 2 0 0 8 ， 4 4 6 4 0 -64 4 ． 责任编 辑 梁郁 鑫