TSP隧道地质超前预报系统培训课件教学提纲

TSP隧道地质超前预报系统什么是TSP（TunnelSeismicPrediction）?探测地质灾害的预警系统提供工作面前方岩层、岩溶、断层或破碎带变化的空间信息确定含水层的位置提供工作面前方岩层的力学参数隧道施工—隐藏风险的高技术现代化的隧道开挖是高度机械化与工业化的生产具备非常先进的技术复杂的后勤保障系统需要高效且连续掘进

隐藏的风险岩层条件地质危险带

没有预报系统:潜在的危险埋伏以待隐藏、无法预料的危险:

岩石的非均质条件

断层带或破碎带

岩溶

含水地层

导致下面的问题:

坍塌，塌陷

涌水

增加停工费用 TBM被卡住

人员和设备伤害

影响进度和预算几种地质预报方法比较(200m)TSPGPR（地质雷达）冲击钻探取芯钻探探测范围是否利用掌子面测量/停工时间测量操作人员评估时间评估人员岩石资料岩石力学特征空间信息几种地质预报方法成本比较假定:灰岩地层150MPa节理轻微发育冲击钻探200米进尺平均费用为87USD/m取芯钻探200米进尺平均费用为303USD/mGPR

预报200米进尺费用为39USD/m(分4次测量)TSP预报200米进尺费用为30USD/m包括停工时间在内的各种地质预报方法的费用假定:200米冲击钻探时间44小时200米取芯钻探时间240小时D&B停工时间引起的费用为14’500.00USD/24小时.TBM停工时间引起的费用为22’200.00USD/24小时.由于实施预报测量引起的无法预计的停工（时间）增加35%(没有计算在内)TSP方法Start/Stop:clickinvideowindowExitvideoExternalplayerTSP方法三分量高灵敏度传感器三分量高灵敏度传感器震源入射波前反射波前地层/断层操作时，对施工无妨碍TSP的主要优点预报范围从100到1000m在TBM和常规开挖两种情况下都可以应用30分钟即可以作好准备工作测量时间小于90分钟操作简单，对施工过程无妨碍无须利用工作面能确定断层带、富水岩层等等的空间位置同其他预报方法相比，成本低廉TSP系统解决方案与计算机连接的一体化记录单元三分量地震接收单元野外安装快速、容易Start/Stop:clickinvideowindowExitvideoExternalplayer系统装配TSPwin系统软件左侧显示交互式流程作为处理引导在顶部用户可以设置地震显示参数底部用伪彩显示所计算的工作面前方的地震速度中/英文双语言工程信息和参考坐标系统确定:

工程信息

工作面位置

横剖面

参考轴

接收器的位置、倾角和方位

炮孔位置2D显示和岩石力学参数计算掌子面附近和前方的9种不同的岩石力学参数

隧道岩石属性2D显示(水平的/垂直的)，反射层的长度以及与隧道轴的交点位置岩石力学参数列表岩石类型选择交互式的3D探测结果显示TSPwin:久经考验的智能化软件简单、易用、流程图作引导处理参数可以根据工程地质情况自动计算可以参照隧道轴向坐标或绝对空间坐标来预报地质情况计算掌子面前方和周围的岩石力学参数仅仅几个小时就可以得到总体情况的评估结果最需要这些有用的结果的地方：施工现场!预报的隧道

工程事例来自瑞士日本伊朗德国冰岛中国

工程事例1:Gotthard基础隧道瑞士SanBernadinoFurkaBaseTunnelGotthardRoadtunnelVereinaTunnelGotthardBaseTunnelLötschbergBaseTunnel工程事例1:Gotthard基础隧道瑞士工程事例1:Gotthard基础隧道瑞士NorthAmstegIntermediatepointofattackSedrunintermediatepointofattackFaidoIntermediatepointofattack3000ma.s.l.10002000GotthardBaseTunnellength57kmSouthTBMdriveTBMdrive/conventionaldriveConven-tionaldriveTBMdriveAar-MassifTZMGotthard-MassifPenninicgneisszoneClavanievZoneUrserenCarveraZonePiorabasinTBMdrive/conventionaldrive工程事例1:Gotthard基础隧道瑞士PioraSynclinePioraExploratoryGalleryAccessGalleryGotthardBaseTunnelPredictedContactZoneLeventinaLucomagnoCrossOver工程事例1:Gotthard基础隧道瑞士?PIORA向斜探洞探测任务:

确认隧道是否穿过

PIORA向斜

确定“糖状”白云岩的厚度

确认白云岩层中是否含水工程事例1:Gotthard基础隧道瑞士常规的短距离TSP探测

掌子面:TM2048Kakirit分界线:TM2114

预报距离：66mDepthMigrationimageCleftzoneGoodrockKakiritboundary工程事例1:Gotthard基础隧道瑞士TunnelfaceatTM4484KakiritlayerSouthflankPiorasynclineLongrangemorethan1100mDepthMigrationimageVertical2Dresultdisplay长距离TSP探测

隧道掌子面TM4484

与Kakirit区（片麻岩/

Kakirit）的分界线

预报:TM5610

发现:TM5588

与piora向斜的分界线(Kakirit区/三叠系白云岩):

预报:TM5640

发现:TM5606

预报范围>1100mGotthard基础隧道:3D结果显示

Longrangemorethan1100mTunnelfaceSouthflankGotthard基础隧道:3D结果显示

FinalTunnelfaceatTM5544DepthMigrationimageVertical2DresultdisplayHorizontal2DresultdisplayKakiritzoneSouthflankPiorasynclineDolomiteGneissslide33短距离TSP测量(与长距离测量情况比较)

隧道掌子面TM5544

与Kakirit地质区域的分界线 (片麻岩/Kakirit)

预计:TM5587

发现:TM5588

与piora向斜的分界线 (Kakirit/三叠纪的白云石)

预计:TM5598

发现:TM5606

工程事例2:Vereina隧道,瑞士开挖类型:TBM，7.5m开挖面地质概况: Alpinetectonicmovementwiththrustplanesthatseparatepoortomoderatequalitysedimentaryrocks fromcompetentcrystalline预报目的: duetoconsiderableconvergenceupto32cmbeing experiencedinbrittle,cavingschistdaysbeforea longershutdownazoneofbettergroundwasneeded

toparktheTBM工程事例2:Vereina隧道,瑞士

tunnelfaceatTM3618 40maheadsignificantchangetohigherrockstrengthwaspredictedandconfirmed

rockzoneofstablerockconditionsholdfor120m

工程事例3:Ritto隧道,日本2Devaluationinhorizontal&verticalview

velocitiesdensityYoung‘sModulusRockzonesofreducedstrengthVertical2DresultdisplayHorizontal2Dresultdisplay200mPredictionofzoneofreducedrockstrengthover200maheadoftheface:Geologicalobservationsconfirmedbynecessaryenhancedsteelarchsupportinthesezones3Dview工程事例4:Cheshmeh-Langan供水隧洞,伊朗Typeofexcavation:3.9mopenfacedTBMsGeology:Limestoneformation,partlystronglyfracturedTargetofforecast:highwaterinrushissupposedlyrelatedtowantedinterface,riskyundertakingforupstreamheading

??Boundarynotencounteredtotallength13.8km工程事例4:Cheshmeh-Langan供水隧洞,伊朗gradualdecreaseofrockstrengthfracturezonewidefracturedtransitionzone,characterisesinterfacebetweendifferentlimestoneweakfracturezone,connectedtokarst/cavityphenomena

upstreamTBMcouldsafelyrunwithoutmajorproblems downstreamTBMencounteredpredictedtransitionzonewithminor waterinrush工程事例5:Zuckerberg输水隧洞,德国Typeofexcavation:3.4mopenfacedTBMGeology:LimestoneformationswithoutanyKarstprognosis工程事例5:Zuckerberg输水隧洞,德国TSPmeasurement60mbehindTBM,2Dview:TBMstopped inKarst: TM2154:face TM2165:end ofKarstzoneTopViewfacestepwisedropofrockstrengthstartTM2134KarstzonepredictedendTM2165decreasepossiblefromTM2188shotsTBM工程事例5:Zuckerberg输水隧洞,德国TSPprognosiscomparedwithobservations: endofKarstzonefully confirmed beginningof2.Karst zoneconfirmedslide41工程事例6:Karahnjukar隧道,冰岛Totallengthofthetunnelsinvolved:73kmTypeofexcavation:7.3mfullfaceTBMGeology:highvarietySandstone,Conglomerate,Basalt,AndesiteApproximatelocationofTSPmeasurementinrelationtotheoverallproject.Facechainage3,807mfacereceiver-facedistance51.6mReceiver1Receiver221shotsà48gexplosive工程事例6:Karahnjukar隧道,冰岛GeometryofTSPlayout工程事例6:Karahnjukar隧道,冰岛DecreasingrockstrengthIncreasingrockstrengthaccordingtodyn.Young‘sModulus21shotsreceiverLongitudinalview-30%26GPa+30%Dyn.Young‘sModulus21shotsreceiverLongitudinalview376637583745randomlowpersistencejointslowrockstrengthhighpermeability

rockstrengthjointwithwater(50-100l/s)3708dyke&jointwithwater(50-100l/s)jointjointgoodrockmassconditiono