TSP超前地质预报技术简报

1、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+393YK39+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+393YK39+342段的地质情况。二、TSP法原理简介TSP（TunnelSeismicPredictionahead）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

2、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296357m。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

3、页岩为软质岩。灰岩Rb=64.773.3MPa，含炭质灰岩Rb=23.224.5MPa,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

4、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。四、野外工作1、仪器设备TSP200仪器主要由三分量检波器、记录单元及起爆装置组成。三分量检波器用来接收地震波信号；记录单元将接收到的地震波信号进行放大、模数转换和数据记录，同时还进行测量过程控制；起爆装置则用于引爆电雷管和炸药,人工激发地震波。2、观测系统在隧道YK39+448处的左边墙和

5、右边墙位置分别布置一个地震波信息接收孔，孔径为42mm。在YK39+434+406段的左边墙位置，约1.5m的间距布置18个激发孔分别激发地震波，激发孔孔深1.5m，孔径约40mm，孔向下倾斜约10，激发孔装填的药量为75g，激发孔和接收孔基本保持在相对同一个高度上。五、资料处理与解释1、资料处理将现场釆集的资料传输至计算机，利用TSPwin软件对其进行处理，TSPwin软件主要由数据库、处理、计算反射界面三部分组成。1）数据库编辑现场釆集的数据和定义观测系统。2）处理对原始数据进行放大、能量均衡、滤波等流程的处理。3）计算反射界面vs在波形处理后，从地震波形记录中拾取纵波波至和横波波至，根据

6、爆炸点与检波器的距离可分别计算各段围岩的纵波速度vp和横波速度vp和vs值的大小综合反映了围岩的物理力学性质，根据vp和vs值可直接计算动力学参数，即计算动弹性模量Ed、动剪切模量Gd和泊松比Pd，计算式如下：Ed=PVs2(3Vp2-4Vs2)/(Vp2-Vs2)Gd=Pvs2Pd=（vp2-2vs2）/2（vp2-vs2）其中，P为围岩的密度。根据绕射重叠法原理（与常规地震反射资料处理中偏移流程的原理类似）计算反射界面与隧道的相对位置，即与隧道轴线的交角或至掌子面的距离。2、资料解释根据TSP法的原理和工作经验，把距离隧道轴线近、能量大的反射波组判释为围岩异常区，并综合频谱分析资料、地震波

7、速、反射波相位、泊松比和动态杨氏模量等参数对围岩异常区的类别进行划分。六、结论1、平阳盖隧道右线出口本次预报时掌子面里程：YK39+393，预报里程范围为YK39+393YK39+342段，预报方向由大里程至小里程方向。1YK39+393YK39+364段：长度约29米，本段围岩岩性基本一致，岩体稳定性差。其中在YK39+382和YK39+374附近，沿开挖面右半部自上向下存在一弱反射层，考虑到该段地质地貌及构造因素，可能有岩溶发育，依成果图看，水量增大。为防止突水涌泥发生，建议施工至上述两处附近时，提早加大防护力度，做好防排水。2YK39+364YK39+347段：长度约17米，本段围岩强度

8、较之前进一步降低，岩体稳定性很差，是预报段岩性最差部分。从YK39+363及YK39+355附近开始开挖面存在一组强烈的弱反射，另外本段围岩泊松比值变化幅度较大，存在岩溶充泥充水或暗河可能性非常大。依成果图看，开挖面右半部较左半部情况严重。特别提示施工至本段时，务必加大支护力度，做好防排水及其他疏导防护工作，防止突发性突泥、涌水造成不必要损失。3YK39+347YK39+342段：长度约5米，本段围岩稳定性相对较好，约YK39+347附近沿开挖面右半部和YK39+343附近开挖面左半部分别存在弱反射层，施工至上述部位时，注意做好支护和防排水，防止涌水涌泥发生。应特别说明的是：围岩性质的确定涉及到岩（土）的完整程度、坚硬程度、地下水、地应力及隧道埋深等因素，地震波速与围岩性质虽有一定的间接相关关系，但目前还没有建立起它们之间直接的相关关系，因此，仅依据TSP法资