TSP在公路隧道超前地质预报中的应用研究

龙凯

摘 要：随着我国综合国力不断提高，基础建设也在不断加快，公路隧道是其中的重要组成部分，我国每年在建隧道也超过了千座。但是我国的地质条件相对复杂，各个地域的地质条件也不相同，所以公路隧道施工的超前地质预报有着重要的意义，不仅可以确保施工地质条件良好，保障施工安全，还能一定程度地加快施工进度。隧道超前地质预报指的就是施工过程中的地质勘察，目前常用的方法有地质雷达法和TSP法两种。基于此，基于此，本文對TSP超前地质预报技术进行了分析，并提出了实际的应用措施。

关键词：TSP;公路隧道施工;超前地质预报;应用

0 引言

公路隧道施工时因地质条件不明确，经常会出现各类施工安全事故，例如塌方、冒顶、大涌水等较为严重地质灾害，不仅严重影响了施工安全，造成了人员伤害，更带来了经济损失，影响着施工进度。所以地质预报至关重要，和施工安全、施工组织息息相关，所以对超前地质预报的研究一直都是技术人员致力的方向。相对来说，水平钻孔预报法的成本较高，并且探测耗费时间较长，而地质雷达预报法的距离较短，所以TSP地质预报技术的应用至关重要。

1 TSP超前地质预报技术的概念

TSP超前地质预报技术是应用最为广泛的地质预报法，不仅预报精准且距离较长。实质其实就是借助了地震波的反射特性，而隧道有着良好的反射条件，所以十分适用。通常情况下，TSP超前地质预报技术可以预报100 m～350 m范围之内地质情况，并且在围岩完整的条件下预报长度也会有所增加，在实际应用时对隧道施工干扰较小，只需要在施工间隙开展即可，耗时较短，信号接收器和炮孔和施工面不在一起，所以不会影响隧道掘进施工，只是在接受预报信号时需要暂缓施工即可，局限性较低，所以应用起来较为高效[1]。

2 TSP超前地质预报技术在公路隧道中的应用

2.1 TSP基本原理

TSP的原理其实不难理解，就是在隧道内进行钻孔，然后在钻孔内进行小型爆破，借助地震波的传播、反射来实现地质情况预报。地震波发出后，会向四周扩散开来，向前方传播也是一定的，地震波碰到反射面后反射回来，起爆位置的接收器就能接收反射信号，通过对信号的整合处理，就实现了地质情况的预报。地震波的传播有迹可循，传播的速度、距离、时间等都有着规律性联系，借助反射时间、地震波传播速度，就可以实现对反射面的判断，从而检测出岩石性质，从而为掘进施工提供参考。

2.2 TSP测量方法的理论基础

微型引爆同样会发出强烈的地震波，沿着不同方向、路径进行传播，而传感器接受反射波、直达波等，就能进行地质情况的推断。TSP超前地质预报技术的第一步应试计算地震波传播速度VP，直达纵波的传播时间为T1（s）和爆破孔和传感器之间距离为X1（m）进行计算，VP=X1/T1。就可以精确地计算地震波传播速度，然后借助耗费时间来推断反射面与传感器距离、隧道端面距离。但目前来说，振动测量已经不是问题，但反射波的传播时间计算还有着一定阻碍，因为地震波发射后产生了大量的反射波，包括直达波等干扰信号，并且反射波的振幅相对较小，即和反射界面的距离有关，也取决于地震波在反射面的反射系数，所以不易探查。

2.3 TSP在公路隧道地质超前预报中的应用

2.3.1 数据采集

首先，结合预报地质断层结构，科学布置爆破钻孔，可以将爆破钻孔布置在断层夹角较小的一侧，如果预报岩溶需要在隧道两侧布置爆破钻孔[2]。采用左壁钻孔或右壁钻孔要结合岩层走向和现场实际来决定。

2.3.2 装药及起爆准备

装药和起爆准备是关键性环节，应严格落实《爆破安全规程》，应用瞬爆电雷管进行起爆。乳化炸药量应控制在50 g～75 g之间，炸药和炮孔用水耦合，确保二者的严密性。要做好雷管、炸药、钢卷尺、黄油等必需品的准备，需在爆破前充足准备，以确保超前预报的及时性。

2.3.3 接收器钻孔布置

接收器钻孔的布置也有着明确要求，距离掌子面约55 mm，最好在隧道两壁都安装接收器，以确保信号接受良好，将接收器和炮孔安置在相同高度，钻孔深度为2 m，孔径在42 mm～45 mm之间，结合实际的耦合材料决定接收孔的朝向，如果采用环氧树脂进行耦合，就需要上倾接收器孔，采用水泥砂浆则将接收器孔下倾。在传感器孔、爆破孔都钻设好后，应由测量部门精确测量孔位坐标，并测量空位角度和深度，进行实时的记录。

2.3.4 接收器套管埋置和爆破孔装药

传感器孔钻设成功后应立即加入环氧树脂，以确保凝结牢固良好，将套管埋入孔中。爆破孔亦是如此，钻好后立即安装炸药、连接瞬发电雷管。准备工作不影响隧道施工，但在进行预报检测时则要暂缓施工，因为噪音会干扰信号的获取，只有降低噪音才能确保信号获取的精准性。并且为了确保测试精度，应确保全方位停工，明确好预报时间。

2.3.5 TSP数据处理

将采集的数据借助TSPwin专用软件进行分析，输入隧道起爆点、接收点的参数，并去除质量差的数据，将合格的数据进行分析[3]。通过一系列的分析处理后，得到地质反射层的相关数据，最终处理结果得到P波、SH波、提取的反射层、岩石物理力学参数等。反射的振幅强，反射系数、波阻抗的差别也就越大，正反射振幅意味着刚性岩层，负反射振幅意味着软弱岩层，在进行反射振幅的比较时需格外小心，因为容易受到周围噪音的影响。

2.3.6 工程实例

青海加西公路JX-1标石羊岭隧道位于青海省互助土族自治县，起点位于加定镇下麻久村，终点位于青岗峡，为分离式隧道，净空10.25*5.0 m。隧道左线起迄里程为ZK0+548～ZK2+370，总长1 822 m;右线隧道起迄里程为K0+585～K2+381，总长1 796 m，其中ZK1+050～ZK1+100/K0+970～K1+060穿越卵石土层，全线采用TSP超前地质预报进行探测。

2.4 TSP在公路隧道地质超前预报中应用的注意事项

TPS方法属于多波多分量高分辨率的地震反射法，通常情况下都采取高爆速炸药，有条件时应用“黑索金”或一级岩石乳化炸药进行爆破，并确保炮孔深度、倾斜度，套管锚固应良好，如果套管尾部有晃动的迹象，就会影响勘察数据的准确性，可以利用夹石片固定套管，或是将其插入水泥浆中，尽可能减少套管外露部分，以免爆破对其造成影响。现场的实验过程中，炮眼通常采取“水封”的方式，确保满水引爆。实践过程中证明，TSP公路隧道地质超前预报结合和实际的开挖情况符合，勘察的精准性良好，并且TSP也能识别出水形态。

TSP的应用相对较为复杂，但预报距离较长且效果良好，能精准的预报隧道围岩情况，但是分辨率却有所不足，对小型溶洞、破碎带的位置预报不够精确，裂隙水的预报也和实际情况有所差距。所以采用TSP法进行隧道地质预报时，地质条件较差的预报位置和实际位置会有所偏差，但也处在可控的范围之内，可以为施工提供有力参考。

3 结束语

综上所述，TSP超前地质预测技术是新型的探测方法，有着较强的实效性，并且局限性较小，在实际的公路隧道工程中，将TSP超前地质预报和地质雷达结合应用，能显著提高预报精度和预报距离，为隧道施工提供可靠的地质条件，有效地降低了施工的盲目性，也就减少了施工事故，保障了施工周期，为施工质量和施工安全提供了保证。

参考文献：

[1]王进.地质雷达在公路隧道超前地质预报中的应用[J].建筑技术开发，2020（24）：68-69.

[2]黄侃.地质雷达与TSP在公路隧道超前地质预报中的应用[D].东南大学，2016.

[3]王登锋.TSP在广大线下庄1号隧道超前地质预报中的应用研究[D].西南交通大学，2016.