S隧道超前地质预报

TSP隧道超前地质预报内容

1

前言

2

TSP原理与方法

3

应用事例与效果分析

4

结论

1、前言●TSP(TunnelSeismicPrediction)系统是为隧道超前地质预报而专门设计的，是目前隧道超前地质预报中最新的地球物理探测方法之一，属地震反射波勘探方法。

●

TSP预报：■断层及其破碎带

■节理（裂隙）发育带

■软弱岩层■含水地质体及充水状况■围岩的岩石物理力学参数结合隧道设计资料和掘进地质素描资料，可以对围岩级别进行确定，为隧道施工和支护参数的确定提供依据。2、TSP原理与方法

●TSP原理系统组成表面反射界面介质1ρi，Vi介质2ρi+1，Vi+1透射波反射波■反射系数R=ρi+1Vi+1-ρiViρi+1Vi+1+ρiVi■物理基础：R≠0直达波滑行波折射波●根据波的传播路径地震波的分级■反射振幅A反=R.A入转换横波反射横波ρ--介质密度

V--速度●TSP工作方法■仪器：TSP203■观测系统：0-15m-49.5m24个炮点1个（或2个）检波器接收■震源：炸药■炮点距：1.5m■采样率：62.5μs或125μs■记录长度：451ms（最大记录长度1.808s，最大探测长度超过1000m）■数据处理与解释：TSPwin（专用配套软件）也可以根据不同的预报距离调整上述参数。如增大炮点距，增加激发药量等，就可以预报更大的距离。采集的三分量地震记录●TSP探测成果分离的P、SH、SV波时间剖面深度偏移剖面

以及

提取的地震反射层位提取的反射层深度偏移剖面2D及3D成果显示通过TSPwin软件计算的岩石物理及力学参数●关于TSP解释准则

■正反射振幅表明硬岩层，负反射振幅表明软岩层。

■若S波反射较P波强，则表明岩层饱含水。

■Vp/Vs增加或泊松比突然增大，常常由于流体的存在而引起。

■若Vp下降，则表明裂隙或孔隙度增加。

●关于软、硬岩层识别的依据表面反射界面介质1ρi，Vi介质2ρi+1，Vi+1反射波■反射波振幅的极性决定岩石的相对软硬（与公路相关标准中岩石等级划分的硬质和软质岩石不一致）■密度ρ和速度V的影响因素：岩石成分、孔隙度、流体含量、地质年代、埋深、构造运动影响等

正极性-红色负极性-兰色TSP成果解释波的动力学特征

波形频谱振幅围岩地质体性质、空间位置和规模TSP隧道超前地质预报工作流程TSP数据采集TSP数据处理波的运动学特征

传播路径速度时间安定断裂阿墨江断裂把边江断裂哀牢山变质岩带红河断裂稳定地块●云南元(江)磨(黑)高速公路

■国道213线云南境内部分

■全长147.37千米■设计隧道23座，从短隧道到特长隧道均有

■地质条件复杂

★哀牢山变质岩带

★红河断裂

★安定断裂

★阿墨江断裂

★把边江断裂

3、应用事例与效果分析■影响隧道施工的主要地质因素：

★岩性复杂（沉积岩、岩浆岩、变质岩）

★构造复杂（断层、节理、地质破碎区）

★地表水系发育，地下水丰富

★岩溶区

■不良地质因素导致下述问题:

★塌方，沉陷

★涌水

★人员和设备伤害

★影响进度和形象

为确保隧道施工质量、安全和进度，

采用TSP方法对隧道进行超前地质预报工作应用现场安装接收单元（检波器）数据三采集●实例三分析三之一—破三碎带三情况三—■DF三YK隧道三上行三线K2三56三+2三81三～K三25三6+三13三1段TS三P预报RE三F-三FA三CE三：6三0m在施三工过三程中三，K2三56三+2三21掌子三面发三生坍三方，围岩三为炭三质板三岩、三破碎三。三为了三治理三，采三用TS三P探测三，深三度偏三移剖三面K2三56三+2三21三～2三16段明三显反三映出三岩层三破碎三的特三征，三破碎三带在K2三56三+2三16处结三束。三治理三验证三，结三果与三预报三完全三吻合三。破碎三区K2三56三+2三81K2三56三+1三31预报三的地三质剖三面破碎三区破碎三区●实例三分析三之二—富三水情三况—■DF三YK隧道三上行三线K2三56三+1三03三～K三25三5+三95三3段TS三P预报R-三F：三55三mTS三P预报K2三56三+0三52三～K三25三5+三99三9软弱三岩层三，富三水段实际三施工三情况K2三56三+0三52三～K三25三5+三99三9为炭质三板岩夹板岩三，K2三56三+0三44三～K三25三6+三00三0段涌水量大三，施三工中三增加三了排三水设三施，三增强三支护三。预报富水段预报富水段预三报软弱三岩层●实例三分析三之三—软三弱岩三层—■DF三YK隧道三上行三线K2三55三+8三39三～K三25三5+三68三9段TS三P预报K2三55三+7三56三－K三25三5+三74三1软弱三岩层三，含三水实际三情况挖遇炭质三板岩，三裂隙三渗水三，在K2三55三+7三58三－三75三5段发三生坍三塌,三越三过K2三55三+7三41后围三岩为三硬质三的板三岩K2三55三+9三03K2三55三+6三89预报三的地三质剖三面软弱三层●实例三分析三之四—关三于断三层—■DF三YK隧道三下行三线K2三56三+1三80三～K三25三5+三98三7三K三25三6+三08三4～三K2三55三+9三34TS三P预报K256+131K2三56三+2三37原设三计K2三56三+0三80三～K2三56三+0三00为断三层TS三P探测三图象没有三反映三断层存在三的特三征实际三施工三情况没有三发现三断层设计三图中三的断三层■BL三Q隧道三上行三线K2三86三+6三74三～K三28三6+三57三4TS三P预报RE三F-三F：三46三m原设三计K2三86三+6三30为断三层TS三P预报K2三86三+6三42三～K三28三6+三61三9为断三层及三其影三响带实际三地质三情况K2三86三+6三41三～K三28三6+三62三0段为泥岩夹粉三砂岩三透镜三体，见三断层三派生三节理三，掌子三面渗水。K2三86三+7三20断层K2三86三+7三20K2三86三+5三74预报三的地三质剖三面预报三断层●实例三分析三之五—关三于煌三斑岩三—■DF三YK隧道三下行三线K2三55三+0三47三～K三25三5+三19三7TS三P预报TS三P预报煌斑三岩范三围K2三55三+1三60三～K三25三5+三22三8实际三施工三情况目前三已挖三至K2三55三+1三50三，仍然三没遇三到煌三斑岩设计K2三55三+0三40三～K2三55三+2三70为煌三斑岩K2三54三+9三98K2三55三+1三97预报三的地三质剖三面预报三位置2D结果三显示三及岩三石物三性图预报三煌斑三岩分三布三区●围岩三级别三的确三定围岩三级别《公三路工三程地三质勘三察规三范》围岩三的软三硬构造三影响三程度围岩三物理三力学三参数TS三P探测三成果含水三情况节理三发育三情况泊松三比密度纵波三速度静态三杨氏三模量■TS三P探测三成果三确定三围岩三级别DF三YK隧道K2三55三+0三46三—1三57段K2三55三+0三46三—+三09三4、三09三4—三+1三57段分三别设三计为Ⅳ、Ⅲ级围三岩。根据TS三P探测三结果三，参三照有三关标三准及三计算三的力三学参三数，三围岩三级别三应为Ⅲ级，三但结三合该三段岩三性为三板岩三、受三断层三构造三影响三程度三较高三、局三部富三水、三节理三发育三情况三，将三围岩三级别三判定三在Ⅳ级。实三际施三工的三地质三情况三与预三报相三基本三吻合三。施三工时三已调三整了三支护三参数三，增三强了三支护三。4、三结论采用TS三P技术三能够三对隧三道工三作面三前方三围岩三地质三情况三的性三质、三位置三和规三模进三行比三较准三确的三探测三，包三括：■断层三及其三破碎三带■节理三（裂三隙）三发育三带■软硬三岩层■含水三地质三体及三其充三水状三况■岩溶三发育三状况■围岩三级别通过TS三P预报■了解三前方三存在三的地三质缺三陷情三况■隧道三施工三和及三时调三整支三护参三数提三供依三据■有效三地控三制了三地质三事故三的发三生■保证三施工三质量三和安三全■将风三险减三到最三小■提高三隧道三掘进三的速三度，赢得三施工三时间TS三P隧道三地震三预报三技术■预报三范围三大，三一般三为1三00m，经三验丰三富者三可达