原位測試技術三

TSP在公路隧道超前地質預報中的應用研究王胤吉林大學建設工程學院摘要:根據TSP技術的特點,將TSP技術應用于掌子面前方不良地質對象的預報工作中。水平地質鉆探與現(xiàn)場開挖的實際情況表明,基于TSP技術的隧道超前預報,在預報距離,預報的準確性,以及對圍巖的判別等方面,均明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的地質雷達。文章最后還指出了該技術存在的一些待進一步研究的問。關鍵詞：公路隧道超前預報TSP技術1前言隨著西部大開發(fā)戰(zhàn)略的進展,我國西部地區(qū)公路隧道工程的數(shù)量越來越多,長度越來越長,埋深越來越大,施工的速度也越來越快。而我國西部屬多山地區(qū),地質條件異常復雜,隧道開挖中的坍塌、冒頂、涌水等地質災害時有發(fā)生。因此,為了保證隧道施工安全和高效,公路隧道超前地質探測更顯重要。目前隧道超前地質預報工作使用的方法技術包括以下幾種:工程地質調查與推斷、地質雷達探測、水平鉆探和反射地震波法等。工程地質調查推斷與地質雷達探測,不僅精度不高,而且預報的范圍也相對有限;水平鉆探雖然準確度高,但是由于效率太低,隧道施工方一般難以接受,而反射地震波法雖是工程物探中最可靠的方法之一,但用于隧道超前預報工作由于觀測條件的限制以及巖體內不同方向都可能形成反射,使之在解釋與判別方面遇到了較大的困難。目前,瑞士安伯格測量技術公司開發(fā)研制的TSP203系統(tǒng),采用地震波反射原理,能長距離地預報隧道掌子面前方的地質情況,如斷層破碎帶和其它不良地質帶,作為一種新的地震探測方法,與其他預報方法相比,TSP在準確性和距離誤差方面具有一定的優(yōu)點。2TSP測量原理TSP(隧道地震波勘探)屬于聲波探測技術。與常規(guī)聲波探測技術不同之處在于該技術是專門為長距離、地質復雜隧道的超前地質預報而設計,其聲波發(fā)射和接收技術與常規(guī)聲波探測也不盡相同。發(fā)射地震波(聲波)是通過在隧道掌子面后方一定范圍內的鉆孔中實施微型爆破來實現(xiàn)的,爆破引發(fā)的地震波在巖體中以球面波的形式向四周傳播,遇到隧道前方的地質界面時(圖1),將有一部分波從界面處反射來,TSP測量系統(tǒng)用一對接收傳感器將這些信號進行采集和記錄,并通過相應的軟件對其分析和評估。圖1TSP測量原理3TSP探測技術應用實例TSP在瑞士、德國、法國、日本等發(fā)達國家的隧道施工中,得到了廣泛的應用,尤其是在采用TBM施工時,利用TSP進行超前探測地質情況,更是在施工決策過程中不可缺少的工序。費爾艾那隧道是瑞士一座長20km的穿越阿爾卑斯山的鐵路隧道。該隧道最大埋深達1600m,穿過的巖層為沉積巖和火成巖,受阿爾卑斯山造山運動的影響,隧道所穿過的地層被嚴重切割,存在大量構造破碎帶。該隧道采用了鉆爆法和全斷面隧道掘進機(TBM)施工方法,從隧道兩端對向施工。由于該隧道埋深大、巖石強度高以及存在破碎帶等諸多因素,對TBM施工提出了很高的要求。通常情況下,掘進機施工對巖性變化的適應性較差,在原巖應力大、巖石穩(wěn)定性差的情況下存在掘進機由于變形過大或發(fā)生冒落被卡死的危險。為了避免這種現(xiàn)象的發(fā)生,在費爾艾那隧道工程中系統(tǒng)地應用了TSP探測技術來預報隧道施工前方的地質情況,以避免隧道塌方和冒頂?shù)仁鹿?。費爾艾那隧道于1999年底順利建成通車。TSP探測技術在該探洞的施工中得到了廣泛的應用。疑4潤在村TSP碗使用中應該注版意的問題連雖然嚴TSP盜具有技術先進普、功能強大、于預報距離長、藍精確度高等優(yōu)急點脹,示但在實際操作閱過程中燦,脊如果不能正確口的使用和解譯篩,絕常常會降低預輛報的準確性。井我國對下TSP奧設備引進時間蜻過短條,臥實際經驗積累段不足售,TSP銀探測和解譯技喝術尚不過關伯,犁特別是有些單質位實際尚處種于驚“哄學用習牙”律階段摟;奸另外還要拉實素施綜合超前預毯報技術。漲為了搞好哥TSP推的預報工作公,春筆者認為右,缸還應在以下幾慣個方面予以加鼓強。藏(愁1)蛛提高炊TSP媽探測和解譯技驟術。參TSP寫探測和解譯技忙術需要經驗的柱積累云,菌同時壇,侮更主要的是提扁高解譯技術人鏈員的地質知識出(痕特別是工程地靠質力學的知識前)蛾和野外、洞內鄭地質工作的基幟本功。災(糞2)屋提高飛TSP醫(yī)超前預報的準燦確性和精度。異要提高婆TSP朝超前預報的準姐確性和精度津,趁最主要的手段籌是實施綜合超條前地質預報肯;劫其次是限定罪TSP海超前預報的范樣圍敲;取最后創(chuàng),TSP該探測必須有超饑前鉆探的有力希配合。乘①房TSP雖與地質學超前勤地質預報的手米段相結合。這響是最主要的綜心合超前地質預小報手段糊,局它可以疏變物探成果的靠多解為單解暗,椅從而提高統(tǒng)TSP恨超前預報的準限確性和精度。醬a.臥陳與地面地質調燈查和地面地質娛體投射法的長耐期超前預報技英術相結合。串b.滲曉與斷層參數(shù)預啊測法預報隧道燙斷層的長期超隸前地質預報技耕術相結合?；痗.郊柴與掌子面編錄荷預測法、不良膛地質預測法等區(qū)短期超前地質嗓預報地質學預礎報手段相結合眉。鑼②釘TSP煉與其它物探手以段相結合重。邊這是另一種綜拿合超前地質預嚷報的手段訓,遷有利于相互驗兄證控,忽提高拌TSP拆超前預報的準膝確性和精度。赤主要有地質雷愈達探測、其它尼聲波探測和紅喬外線探測等短背期超前地質預最報的物探手段科。揪③春限定超前預報輕的范圍統(tǒng)。昌TSP條設備規(guī)定的有辛效預報范圍是萍掌子面前方紀100m通。在經驗不足植、地質知識不米足或其它預報憤手段不能有效狐配合的條件下產,刷嚴格將預報距精離限定在掌子吩面前方彼100m墻謊范圍內掠,鞋這樣才能提高跳TSP巖超前預報的準談確性和精度。蛛④奉超前鉆探的有鐵力配合餐。憤特別是對地下搞水的超前預報懲,TSP茄探測的成果可趙以預報有沒有傷地下做水鏡,窄預報地下水是寇多水、少水或貞弱富水帶、強撞富水帶等相對性結論撫;濁只有超前鉆探察和鄰近警報才豆能準確預報地最下水的類型和遺有無大涌水甚蔽至突泥突水的連可能性。所以饒,松對于地下水的閃準確預報來說牽,述超前鉆探是必牙不可少的。貼(妨3)坐提高絹TSP咱探測的實用性閑。在TSP煤超前地質預報齡的成果六,咸一般是預報掌鎖子面前方稅100m走范圍內主要不招良地質體的性零質、位置和規(guī)咱模。對施工單陷位而言庸,神迫切需要解決兔諸如掌子面前手方哪個區(qū)段圍虹巖破碎蜜,嘉什么地方有溶黨洞、暗河或巖吃溶淤泥帶等慕,捎為此就需要加斜強蔑TSP饒解譯的基本功泡。5結語良(五1)顫隧道施工中地計質超前預報的雞重要性已得到偷越來越廣泛的廟認同險,朵自從陪TSP極探測技術問世臺以來礙,棋在全球數(shù)百個娛隧道工地上做塌過楚TSP六測量啊,TSP贏探測技術已成處為保證隧道施辛工安全和工程漢質量的重要手果段閉,叼并在許多隧道硬施工中作為一烏項施工工序。鞏采用連TSP中探測技術能大寇大減少施工中朱的盲目性攀,瓦減少事故發(fā)生裙率鋼,傾從而降低工程妹投資痛,瓣縮短工期。尿(階2)歐目前粥,TSP梁探測技術已經筒成為瑞士等國降家眾多隧道工火程施工中的必悔不可少的地質坑超前預報手洲段。通常情況健下每掘進仔150化～鵲200m呼就做一次尿TSP辣測量段,脅與鉆探法等相向比這種測量方團法的突出優(yōu)點獄是測量結果的截信息量大集,誰預報范圍廣幫,普測量本身成本它低。在使用掘倉進機施工的隧愛道標段屋,TSP苦超前預報測量蜂還是惟一切實辮有效的測量手且段鳴,共因為掘進機施董工時的日進尺扔有時高達漲25m捎,扔超前預報的范呢圍只有數(shù)倍于庭掘進機的日進見尺這種測量才機顯得有意義。別常規(guī)的鉆孔測合量法因需要較衰大的設備布置屠空間側,扭且效率低和影口響掘進機施工股不適合掘進機藝施工條件下的仰地質超前預報擁。蠟(瑞3)鐵中國目前正在墳進行大規(guī)模的研鐵路、公路和堡水電工程建設或,炸需要修建大量略的隧洞和洞室滲,娛而繡TSP狹作為一項隧道牛長期史(僵長距離旨)建的探測技術畝,宅將在減少和消沖除隧道施工塌液方方面發(fā)揮巨未大作用。參考文獻離[1]疑陸劉志剛絞,門唱趙勇惑.播隧道隧洞施工坊地質技術三.痛北京屬:捐中國鐵道出版坐社泄,2001搜[魯2走]膀券肖書安腦.報瑞士隧道工程庭中的地質超前港預報測量套.污見釋:銅中瑞公路隧道浪技術交流文集訊.姐北京蕉:閱人民交通出版郵社伏,2001悅[熱3走]悔趙永貴輔,眠淺劉浩燈,宵孫宇懂.悉隧道地質超前白預報研究進展槐[篇妻J].恐地球物理學進懸展蠟,2003斬[叼4雞]竹劉秀峰假,晨企劉志剛更.悄巖溶地質超前慣預報方法研究賀[J].驚石家莊鐵道學篩院學報屆,2003肚[然5定]匪溫樹林儲,村湯吳世林虧TSP203價渠在云南元磨高豪