原位测试技术三

TSP在公路隧道超前地质预报中的应用研究王胤吉林大学建设工程学院摘要:根据TSP技术的特点,将TSP技术应用于掌子面前方不良地质对象的预报工作中。水平地质钻探与现场开挖的实际情况表明,基于TSP技术的隧道超前预报,在预报距离,预报的准确性,以及对围岩的判别等方面,均明显优于传统的地质雷达。文章最后还指出了该技术存在的一些待进一步研究的问。关键词：公路隧道超前预报TSP技术1前言随着西部大开发战略的进展,我国西部地区公路隧道工程的数量越来越多,长度越来越长,埋深越来越大,施工的速度也越来越快。而我国西部属多山地区,地质条件异常复杂,隧道开挖中的坍塌、冒顶、涌水等地质灾害时有发生。因此,为了保证隧道施工安全和高效,公路隧道超前地质探测更显重要。目前隧道超前地质预报工作使用的方法技术包括以下几种:工程地质调查与推断、地质雷达探测、水平钻探和反射地震波法等。工程地质调查推断与地质雷达探测,不仅精度不高,而且预报的范围也相对有限;水平钻探虽然准确度高,但是由于效率太低,隧道施工方一般难以接受,而反射地震波法虽是工程物探中最可靠的方法之一,但用于隧道超前预报工作由于观测条件的限制以及岩体内不同方向都可能形成反射,使之在解释与判别方面遇到了较大的困难。目前,瑞士安伯格测量技术公司开发研制的TSP203系统,采用地震波反射原理,能长距离地预报隧道掌子面前方的地质情况,如断层破碎带和其它不良地质带,作为一种新的地震探测方法,与其他预报方法相比,TSP在准确性和距离误差方面具有一定的优点。2TSP测量原理TSP(隧道地震波勘探)属于声波探测技术。与常规声波探测技术不同之处在于该技术是专门为长距离、地质复杂隧道的超前地质预报而设计,其声波发射和接收技术与常规声波探测也不尽相同。发射地震波(声波)是通过在隧道掌子面后方一定范围内的钻孔中实施微型爆破来实现的,爆破引发的地震波在岩体中以球面波的形式向四周传播,遇到隧道前方的地质界面时(图1),将有一部分波从界面处反射来,TSP测量系统用一对接收传感器将这些信号进行采集和记录,并通过相应的软件对其分析和评估。图1TSP测量原理3TSP探测技术应用实例TSP在瑞士、德国、法国、日本等发达国家的隧道施工中,得到了广泛的应用,尤其是在采用TBM施工时,利用TSP进行超前探测地质情况,更是在施工决策过程中不可缺少的工序。费尔艾那隧道是瑞士一座长20km的穿越阿尔卑斯山的铁路隧道。该隧道最大埋深达1600m,穿过的岩层为沉积岩和火成岩,受阿尔卑斯山造山运动的影响,隧道所穿过的地层被严重切割,存在大量构造破碎带。该隧道采用了钻爆法和全断面隧道掘进机(TBM)施工方法,从隧道两端对向施工。由于该隧道埋深大、岩石强度高以及存在破碎带等诸多因素,对TBM施工提出了很高的要求。通常情况下,掘进机施工对岩性变化的适应性较差,在原岩应力大、岩石稳定性差的情况下存在掘进机由于变形过大或发生冒落被卡死的危险。为了避免这种现象的发生,在费尔艾那隧道工程中系统地应用了TSP探测技术来预报隧道施工前方的地质情况,以避免隧道塌方和冒顶等事故。费尔艾那隧道于1999年底顺利建成通车。TSP探测技术在该探洞的施工中得到了广泛的应用。疑4润在村TSP碗使用中应该注版意的问题连虽然严TSP盗具有技术先进普、功能强大、于预报距离长、蓝精确度高等优急点胀,示但在实际操作阅过程中灿,脊如果不能正确口的使用和解译筛,绝常常会降低预辆报的准确性。井我国对下TSP奥设备引进时间蜻过短条,卧实际经验积累段不足售,TSP银探测和解译技喝术尚不过关伯,犁特别是有些单质位实际尚处种于惊“哄学用习牙”律阶段搂;奸另外还要拉实素施综合超前预毯报技术。涨为了搞好哥TSP推的预报工作公,春笔者认为右,缸还应在以下几惯个方面予以加鼓强。藏(愁1)蛛提高炊TSP妈探测和解译技骤术。参TSP写探测和解译技忙术需要经验的柱积累云,菌同时坛,侮更主要的是提扁高解译技术人链员的地质知识出(痕特别是工程地靠质力学的知识前)蛾和野外、洞内郑地质工作的基帜本功。灾(粪2)屋提高飞TSP医超前预报的准灿确性和精度。异要提高婆TSP朝超前预报的准姐确性和精度津,趁最主要的手段筹是实施综合超条前地质预报肯;劫其次是限定罪TSP海超前预报的范样围敲;取最后创,TSP该探测必须有超饥前钻探的有力希配合。乘①房TSP虽与地质学超前勤地质预报的手米段相结合。这响是最主要的综心合超前地质预小报手段糊,局它可以疏变物探成果的靠多解为单解暗,椅从而提高统TSP恨超前预报的准限确性和精度。酱a.卧陈与地面地质调灯查和地面地质娱体投射法的长耐期超前预报技英术相结合。串b.渗晓与断层参数预啊测法预报隧道烫断层的长期超隶前地质预报技耕术相结合。化c.郊柴与掌子面编录荷预测法、不良膛地质预测法等区短期超前地质嗓预报地质学预础报手段相结合眉。锣②钉TSP炼与其它物探手以段相结合重。边这是另一种综拿合超前地质预嚷报的手段训,迁有利于相互验兄证控,忽提高拌TSP拆超前预报的准膝确性和精度。赤主要有地质雷愈达探测、其它尼声波探测和红乔外线探测等短背期超前地质预最报的物探手段科。揪③春限定超前预报轻的范围统。昌TSP条设备规定的有辛效预报范围是萍掌子面前方纪100m通。在经验不足植、地质知识不米足或其它预报愤手段不能有效狐配合的条件下产,刷严格将预报距精离限定在掌子吩面前方彼100m墙谎范围内掠,鞋这样才能提高跳TSP岩超前预报的准谈确性和精度。蛛④奉超前钻探的有铁力配合餐。愤特别是对地下搞水的超前预报惩,TSP茄探测的成果可赵以预报有没有伤地下做水镜,窄预报地下水是寇多水、少水或贞弱富水带、强撞富水带等相对性结论抚;浊只有超前钻探察和邻近警报才豆能准确预报地最下水的类型和遗有无大涌水甚蔽至突泥突水的连可能性。所以饶,松对于地下水的闪准确预报来说牵,述超前钻探是必牙不可少的。贴(妨3)坐提高绢TSP咱探测的实用性闲。在TSP煤超前地质预报龄的成果六,咸一般是预报掌锁子面前方税100m走范围内主要不招良地质体的性零质、位置和规咱模。对施工单陷位而言庸,神迫切需要解决兔诸如掌子面前手方哪个区段围虹岩破碎蜜,嘉什么地方有溶党洞、暗河或岩吃溶淤泥带等慕,捎为此就需要加斜强蔑TSP饶解译的基本功泡。5结语良(五1)颤隧道施工中地计质超前预报的鸡重要性已得到偷越来越广泛的庙认同险,朵自从陪TSP极探测技术问世台以来碍,棋在全球数百个娱隧道工地上做塌过楚TSP六测量啊,TSP赢探测技术已成处为保证隧道施辛工安全和工程汉质量的重要手果段闭,叼并在许多隧道硬施工中作为一乌项施工工序。巩采用连TSP中探测技术能大寇大减少施工中朱的盲目性攀,瓦减少事故发生裙率钢,倾从而降低工程妹投资痛,瓣缩短工期。尿(阶2)欧目前粥,TSP梁探测技术已经筒成为瑞士等国降家众多隧道工火程施工中的必悔不可少的地质坑超前预报手洲段。通常情况健下每掘进仔150化～鹊200m呼就做一次尿TSP辣测量段,胁与钻探法等相向比这种测量方团法的突出优点狱是测量结果的截信息量大集,谁预报范围广帮,普测量本身成本它低。在使用掘仓进机施工的隧爱道标段屋,TSP苦超前预报测量蜂还是惟一切实辫有效的测量手且段鸣,共因为掘进机施董工时的日进尺扔有时高达涨25m捎,扔超前预报的范呢围只有数倍于庭掘进机的日进见尺这种测量才机显得有意义。别常规的钻孔测合量法因需要较衰大的设备布置屠空间侧,扭且效率低和影口响掘进机施工股不适合掘进机艺施工条件下的仰地质超前预报拥。蜡(瑞3)铁中国目前正在坟进行大规模的研铁路、公路和堡水电工程建设或,炸需要修建大量略的隧洞和洞室渗,娱而绣TSP狭作为一项隧道牛长期史(僵长距离旨)建的探测技术亩,宅将在减少和消冲除隧道施工塌液方方面发挥巨未大作用。参考文献离[1]疑陆刘志刚绞,门唱赵勇惑.播隧道隧洞施工坊地质技术三.痛北京属:捐中国铁道出版坐社泄,2001搜[鲁2走]膀券肖书安脑.报瑞士隧道工程庭中的地质超前港预报测量套.污见释:铜中瑞公路隧道浪技术交流文集讯.姐北京蕉:阅人民交通出版邮社伏,2001悦[热3走]悔赵永贵辅,眠浅刘浩灯,宵孙宇懂.悉隧道地质超前白预报研究进展槐[篇妻J].恐地球物理学进悬展蜡,2003斩[叼4鸡]竹刘秀峰假,晨企刘志刚更.悄岩溶地质超前惯预报方法研究贺[J].惊石家庄铁道学筛院学报届,2003肚[然5定]匪温树林储,村汤吴世林亏TSP203价渠在云南元磨高豪