TGP206在隧道超前地质预报中的应用

王健

（中铁十八局集团第五工程有限公司 天津 300459）

1 TGP基本原理和方法

1.1 原理

TGP利用地震波反射方法进行地质预报，地震波在岩体传播时，当遇到岩体物性界面时，一部分地震信号反射回来，一部分信号折射进入前方介质[1-2]（如图1）。反射回来的那部分将由高灵敏度的地震检波器接收[3]。接收的这部分信号就是地震波法野外采集的原始数据，最后通过预处理、波场分离、增益、偏移等数据处理方法，获取界面走向、空间位置、围岩波速等地质信息。TGP206隧道地质超前预报系统包括仪器设备、配件和处理软件三部分。

图1 地震波法检测剖面布置示意图

1.2 TGP206数据采集与处理

TGP采集的数据用TGPwin软件处理，处理流程为数据设置、带通滤波、初至拾取、拾取处理、炮能量均衡、估计、反射波提取、P、S波分离、速度分析、深度偏移、提取反射层[4]。结果如图2和图3所示，有P波、SH波、SV波的时间剖面、岩石物理力学参数，以及反射层二维分布等。

图2 TGP206纵波P波偏移剖面图

图3 TGP206横波SH波偏移剖面图

结果判断参数有反射振幅、正反射振幅、横波反射比、纵横波速度比、纵波速度，反射层剖面图判识主要考虑四方面。（1）图中的线条（蓝色线表示由纵波生成，代表负反射；红色线表示由横波生成，代表正反射）表示构造面，线旁标注的小方块表示强反射点位置，方块内标注的颜色表示反射的强弱，其颜色由红色到蓝色表示反射由强到弱，表示岩层由好进坏。（2）如果蓝色红色线交错明显，说明此段落围岩的情况发生变化，有节理裂隙带存在，或有比较发育的地下水存在，无明显蓝红反射面（正负反射层），或者显示颜色较弱，说明围岩变化情况不大。（3）如果在采集数据的末端出现了明显的强反射，可能是因为该段能量衰减以后还出现强反射，证明该段围岩情况存在异常，要引起足够重视。（4）如果反射波形状连续，波形较好，一般认为层间反射，或有层状水等。

2 工程概况

大尖山隧道全长14197 m，进口里程DK246+026，出口里程DK260+223。隧区位于青藏滇缅印尼“歹”字型构造中段的东至哀牢山西侧及永平-思茅槽地的东南部，属低中山区地貌，隧区洞身下穿基岩为普洱幅白垩系下统曼岗组中段（K1m2）泥岩夹砂岩、砾岩，下段（K1m1）泥岩夹砂岩。隧区以软质岩为主，地质构造较发育，受区域性构造影响，节理裂隙发育，岩体较破碎，围岩稳定性较差，开挖过程中，拱部易产生掉块、坍塌等，尤其在穿越断层破碎带时可能会发生涌（突）水和坍塌，隧道底部泥岩遇水易软化，特别是反坡地段尤为突出不良地质主要为滑坡、岩堆、顺层偏压、仰坡顺层、高地应力等，特殊岩土为岩盐、石膏。

3 工程应用

3.1 现场布置

根据《铁路隧道超前地质预报技术指南》，TGP隧道超前预报现场测点布置方法见表1，测量装置与炮孔布置示意图见图4[5]。

图4 TGP隧道地质预报的测量装置与炮孔布置示意图

表1 TGP现场测点布置方法

3.2 应用结果

本次预报范围为掌子面（DK257+280）前方120m的围岩情况，经过TGP数据分析、判释，结合地质观察综合分析，TGP206探测成果图见图5。

图5 TGP探测成果图

DK257+280～DK257+290区段10 m范围内估算岩体纵波速度为3710 m/s，反射界面稀疏，纵、横波波速无明显变化，节理裂隙稍发育，岩体较完整，地下水不发育，围岩自稳能力较差；DK257+290～DK257+336区段46 m范围内纵波波速起伏较大，P波偏移图显示正负反射均较强且交错明显，以负反射为主，反射界面密集，存在明显的负反射正负反射交替且界面密集，横波波速下降，推测该区段为围岩节理裂隙较发育、局部发育，岩体较破碎；其中DK257+290～DK257+306、DK257+325～DK257+336区段存在明显的负反射推测该区段存在破碎带或软弱夹层，围岩自稳能力差。DK257+336～DK257+400区段64 m范围内纵波速度起伏不大，反射界面稀疏，推测岩体均一，节理裂隙稍发育，岩体较完整，围岩自稳能力一般。

3.3 实际围岩开挖揭示情况

实际施工时，DK257+290～DK257+340根据实际围岩开挖揭示情况、超前地质预报、围岩量测等资料，围岩级别已由原设计Ⅲ级变更为Ⅳ级，加强支护措施。当掌子面开挖至DK257+328时，遇破碎带，掌子面出现溜塌，TGP206探测成果与实际围岩开挖揭示情况基本一致。实际围岩开挖揭示情况见表2。

表2 实际围岩开挖揭示情况表

4 结语

以大尖山隧道为例，采用TGP206对隧道工程地质条件进行预测分析，预测结果与开挖信息具有较好的一致性，提出在隧道工程施工中要加强超前地质预报工作，采用合理有效的组合手段。该实践可为今后类似工程施工提供可借鉴的经验。