TGP隧道地质超前预报探测技术工程应用探讨.pdf

T G P 隧道地质超前预报探测技术工程应用探讨 ■ 朱 美玉 福 州建通工程试验检测有限公司，福州 3 5 0 0 0 2 摘要本 文在 分析T GP 原理 和方 法的 基础 上 ， 结 合杨梅 岩 隧道 ， 介 绍 了T GP 法 隧道 施工地质超前预报信息采集、 数据分析、 成果解释， 对TG P的推广应用具有借鉴意义。 关键 词TG P隧道地 质超 前预报不 良地质应 用 隧道开挖过程 中，在软弱岩带 、断层带 、破碎带 、 岩溶 、含水地层 、高地应力等不良地质地区容易遭遇塌 方 、泥石流 、突水 、突泥 、岩爆 、瓦斯 、冒顶等地质灾 害，如果不能提前预知，轻则阻碍施工，延缓进度 ，重 则毁坏机械，造成人员伤亡，国内隧道施工有不少血 的 教训 。为了避免意外发生 ，保证施工安全 ，减少损失 ， 在隧道掘进过程 中利用隧道地质超前预报探测技术 ，为 不 良地质隧道施工提供指 导帮助十分必要 。下文将结 合杨梅岩隧道 ，分析T GP 在隧道地质超前预 报探测 中 的应用。 1 T GP 原理 和方 法 1 ． 1 探测原理 T GP 全称为隧道地质超前预报系统 ，是北京市水电 物探研究所专门为隧道及地下工程施工超前地质预报研 制开发的系统 。该系统由仪器主机 、配件和处理软件三 部分组成。 T GP 法利用地震波反射回波方法测量的原理 。地震 波在岩石中以球面波形式传播 ，当地震波遇到弹性波阻 抗差异界面时。例如断层、岩体破碎带 、岩性变化或岩 溶发育带等 ，一部分地震信号反射回来，一部分信号透 射进入前方介质继续传播。反射的地震信号被高灵敏度 的地震检波器接收。反射信号的传播时间与传播距离成 正比，与传播速度成反比 ，因此通过测量直达波速度 、 反射回波的时间、波形和强度 ，可以达到预报隧道掌子 面前方地质条件 的目的。处理系统以清晰分离的纵横波 为基础 ，进行多波多分量 的全波震相分析 ，提取2 D和 3 D界面 的偏移归位成果图，通过地震 回波的极 化计算 确定回波位置与分布，回波性质、能量和岩体估算速度 曲线等资料。现场工程技术人员结合相关的地质资料可 以较准确地预知前方及周围地质变化状况。 1 ．2 探测方法 预报数据采集工作包括 激发和接收炮孔 的布置、 药卷 同步信号制作 、接收探头的安装 、仪器采集参数设 置和隧道地质调查等5 个内容 。采用黄油耦合 ，定 向安 置孔中三分量检波器 ；记录检波器孔 、距离检波器最近 的炮孔和隧道掌子面的公路里程桩号 ，以及各炮孔间的 距离，数据填写在 { TG P 现场数据记录表中 ；爆破孔 药量一般控制在7 5 1 0 0 g ，采用计时线炸断 的触发方式 ， 在孔中灌满水的条件下激发，按序依次起爆和进行数据 采集 ；工作中对测线布置段至隧道掌子面间的隧道围岩 进行地质描述 ，以利于资料解释 o 2 T GP 工程应 用 实例 2 ． 1 隧道工程地质条件 杨梅岩隧道进 口段 DK5 3 5 4 0 5 - 4 9 5 表层为粉 质黏土 ，硬塑 ；粗角砾土 ，稍湿 ，中密 ；下为石英闪长 岩及凝灰岩 ，两者侵入接触；石英闪长岩 ，强～ 弱风化 ， 岩质坚硬 ，岩体破碎 ；凝灰岩 ，强风化呈碎块状 ，弱风 化岩质坚硬 ，岩体破碎。洞口附近局位发育裂隙 ，由石 英闪长岩 、粉质黏土填充 。地下水主要为基岩裂隙水 ， 不发 育。DK5 3 5 4 9 5 6 0 5 洞身为凝灰岩 ，弱风化 ，岩 质坚硬 ，岩体较完整 ；地下水主要为基岩裂隙水 ，不 发 育 。 2 ． 2 测线布置 在杨梅岩隧道隧道进 口采用TGP 进行地质超前预 报 。隧道掌子面 为DK5 3 6 1 5 7 ，接收器位置在DK5 3 6 0 8 4 ，炮孔段里程为DK 5 3 6 1 0 4 DK 5 3 6 1 5 2 ，预报段里 程 为DK5 3 6 1 5 7 DK 5 3 6 2 7 7 。预报中接收 检波器 孔一共2 个 ，隧道左右边墙各1 个 ，距离掌子面7 3 m；炮 孔一共4 个 ，位于隧道左边墙 ，距离掌子面后方约5 m 布 置。各炮点间距如表1 所示。 2 ． 3 测试结果初步分析 采用TG P WI N软件对采集数据进行处理 ，数据处理 流程见图1 。 下面对隧道DK5 3 6 1 5 7 2 7 7 段进行解释。 通过软 团 福 建 交 通 科 技 2 0 1 2 年 第 1 期 排水沟和洞外场坪淹没，涌泥量近万方 ，由于采用TGP 技术进行预警和事前控制，安全防范措施得当，处置合 理 ，未发生安全事故，也未对已施工好的隧道结构造成 大的损害。后来开挖揭示在DK5 3 6 2 1 0 2 2 1 段为较大 型断层裂隙 ，与超前地质预报结果十分吻合。 实践证明 ，以上预报精度完全可以满足动态施工要 求 ，为隧道工程 的安全快速掘进、支护材料的提前准备 以及 灾害事故 的有效预防提供了可靠的地质资料与信 息 ，同时也为变更设计赢得了宝贵的时间，避免了开挖 后与设计不符所造成的停工。 3结 语 T GP 隧道地 质超前预报是一项先进可靠 的探测技 术 ，在不良地质隧道施工中，遵循科学的方法 ，合理应 用预报结果 ，按T GP 隧道地质超前预报一超前探孔一揭 示确认地质情况一 制定处理措施一处理等程序进行施 工。施工开挖验证是隧道地质超前预报的重要的一环 ， 是改进探测布置 、提高预报准确率的需要。应随开挖进 行不 良地质体带位置、性质 、规模和地质灾害出现的位 置 、规模等的记录 ，并与预报结论进行对比，从 中分析 成功和失败的原 因，最大限度地减少或完全避免不良地 质给施工带来的危害。 参考文献 [ 1 ]铁 建设 [ 2 0 0 8 ]1 0 5 号 铁路 隧道超前预报技术指南． [ 2 ]J T G／ T F 6 0 2 0 0 9 ，公路 隧道施 工技术细则． 上接第1 5 页 图1 1 屈服应力 比与沉降的关 系 由图1 1 可看出 ，K 值大小对沉降影响亦很小。相对 基准值0 ． 9 而言，其变化幅度为一 1 1 ． 1 ％和1 1 ． 1 ％，而沉降 的变化幅度为0 ． 3 ％和一 0 ． 5 ％。 综上，将各参数的取值区间、相对基准值的变化幅 度 、沉降变化幅度统计于表3 。 表 3参 数 与沉 降变 化 幅 度 对应 表 r ] 福建交通科技2 O 1 2 年第 1 期 l 3 0 l 将沉 降变 化幅度 和 各参数 变化 幅度 关 系绘 制于 图 1 2。 ⋯ ●一 ●- _ -e 0 ● 一 一噩 -_●● X 。 。 K j ／ 7 i l 一 一 h l 每数蛮化 幅摩 X 图1 2沉降与参数变化幅度关系 通过比较不难发现 ，各参数取值对计算出来的沉降 值影响程度差别很大。其中。影响最大的为初始孔隙比 e O ，特别在孔隙比大于1 ． 0 情况下 ；其次 为临 界状态线 斜率M和压缩曲线斜率 ；泊松比 影响程度相对较弱， 回弹 曲线斜率K 则更弱；曲度常量B 和屈服应力比K则几 乎没有什么影响。 4结语 在软基差异沉降计 算中，修正剑桥模 型的7 个参数 对结果影响程度差别很大，其敏感性顺序为孔隙比e 0 、 临界状态线斜率M、 压缩曲线斜率 、 泊松 比 、 回弹曲线 斜率K 、 屈服面帽子曲度 的常量B 和屈服应力比K。因此， 在选取参数计算时， 对e 0 、 M和 要非常谨慎 ； 对 和K 可适 当放宽 ； 对B 和K则可在其允许范围内任意取值。 参考文献 [ 1 ]徐 舜华 ，等． 土的剑 桥模 型发展 综述 [ J ]． 长江科 学院 院报 ， 2 0 0 7 ，2 4 3 2 7 - 3 2 ． [ 2 ]钱 家欢 ，等． 土工原理 与计算 第二 版． 北京 水利 电力出版 社 ．1 9 9 4 兰 孽 擞蜒