TSP203

2024-11-05

TSP203（精选7篇）

TSP203 篇1

前言

大崛坑1号隧道位于二广高速公路怀集至三水段, 设计为上下行分离式隧道, 长1052m。隧道位于剥蚀丘陵区, 最大埋深126.5m, 隧道上部被含碎石的粘土覆盖, 基岩为变质石英粉砂岩、炭质千枚岩, 局部为炭质页岩夹煤层, 按其风化程度可划分为全风化变质石英砂岩、炭质千枚岩;强风化变质石英砂岩、炭质千枚岩;弱风化、微风化变质石英砂岩、炭质千枚岩。不良地质条件主要为断层和煤系地层, 这些因素给施工带来了隐患。采用TSP203, 这个可以超前预报的系统, 能对掌子面前方的地质情况进行准确的探测, 给施工工艺设计及施工操作过程提供一系列数据, 从而避免设计和操作相背离, 并及时给变更工艺提供技术数据, 更重要的是如此探测之后就可以避免施工时的危险发生, 尽可能地杜绝人员伤亡, 最大程度地减少机械的损失, 达到安全生产的目的。

1 采用TSP203 测量的基本原理

与某些地质测量时所应用的仪器一样, TSP203 是利用反射地震波法, 用回声测量原理, 具体说来, 就是在进行测量时, 先用小药量激发某个震源点, 这个震源点一般由24 个炮点组成一条直线, 这个震动发生后, 就会产生地震波, 而这地震波的传播形式是有章可循的, 它通常呈球面波, 这些波一部分直接进入隧道地质中, 而另一部分, 那些遇到隧道中的断层或岩石破碎带这些岩石界面的波, 就会反射回来, 这部分反射的地震波就被TSP203 接收到, 并形成数据, 从而完成测量工作。

TSP203测量系统, 是具有超前地质预报功能的这样一个系统, 一般由24个炮点、两个拥有坐标轴三个方向 (X、Y、Y方向) 接收功能的传感器及数据处理器组成,

2 现场探测与资料获取

(1) :现场测量详解

本次隧道施工现场, 采用侧壁双导导坑开挖, 其掌子面宽度为16米, 高度则为8.5米, 其平整度一般, 24个炮点中, 距离为9.0m的一个炮点距掌子面最近, 利用TSP203进行检测所采用的里程桩号为YK46+117, 检波器距最近炮点15m。

(2) :测量资料详情

本次探测采用瑞士安伯格测量技术有限公司TSP203超前地质预报设备。仪器设置如下:

记录单元

(1) 12道

(2) 24位A/D转换

(3) 采样间隔:62.5μs

(4) 带宽:8000h Y

(5) 记录长度:7218采样点

(6) 动态范围120d B

(7) 道数:1-12

接收单元

(1) 三分量加速度地震检波器

(2) 灵敏度:1000m V/g±5%

(3) 频率范围:0.5HY~5000HY

⑷:资料解释

分别参见图2、图3、图4:

3 探测结果

1、经过对采集数据的处理, 本次探测段 (YK46+117~YK45+974) 围岩纵波速度

2、参照《公路工程地质勘察规范》 (JTJ 064-98) 、《公路隧道勘测规范》 (JTJ063-85) 及《公路桥涵地基与基础设计规范》 (JTJ024-85) , 结合地质情况综合分析, 解释成果如下 (表2) :

4 结论与建议

1、掌子面前方YK46+117~YK45+974范围内, 主要为强风化、弱风化变质砂岩、千枚岩。不良地质现象主要为强风化变质砂岩及间夹煤层段, 易产生掉块、坍塌现象。

2、针对上述不良地质现象的地段, 建议采用短台阶开挖, 超前锚杆与钢拱架预支护施工, 防止掉块、坍塌。

摘要：大崛坑1号隧道位于二广高速公路怀集至三水段, 设计为上下行分离式隧道, 不良地质条件主要为断层和煤系地层, 施工时极易产生掉块甚至坍塌, 给施工极大的带来危险, 为了探明其地质情况, 避免施工事故的发生, 我们采用TSP203进行控测, 探测范围为掌子面前方100200m。本文探讨了采用TSP203进行探测地质时的工作方法, 并对探测结果进行分析和研究, 旨在不断推进TSP203在地质预报中的应用。

关键词：TSP203,隧道地质,超前预报

参考文献

[1]刘志刚, 赵勇.隧道隧洞施工地质技术[M].北京:中国铁道出版社, 2001.

[2]李国锋, 丁文其, 李志厚, 苏生瑞, 等.特殊地质公路隧道动态设计施工技术[M].北京:人民交通出版社, 2005.

[3]丁国华, 黄戡.TSP203探测系统在隧道施工地质超前预报中[J].中外公路, 2005.

TSP203 篇2

本文介绍了TSP203超前地质预报的原理和对不同地质体的探测应用,分析了超前地质预报系统在对某些地质体应用的局限性,并提出了通过提高敷据采集质量、带通滤波参数设置以及结合实际地质分析和其它物探方法提高对反射体解疑结果准确度的`建议.

作者：师丽萍作者单位：中铁十五局集团有限公司计量测试中心刊名：内江科技英文刊名：NEIJIANG KEJI 年，卷(期)：2009 30(4) 分类号：P5 关键词：超前地质预报 TSP203探测系统耦舍解疑不良地质体

★ 对玖山隧道TSP203地质预报方法及分析

★ 超前钻孔取芯技术在齐岳山隧道施工中的应用

★ 车载钻机在地质勘探工程中的应用

★ 混凝土仓面设计在永船地下工程中的应用工学论文

★ TSP技术在黄龙寺隧道施工中的应用

★ 系统思想在网络管理中的应用

★ 冰雹指数产品剖析及在灾害性强降水预报中的应用

★ 无线数据采集在环境监控系统中应用

★ 谈盐水冰冻法施工在过海隧道抢险中的应用

TSP203 篇3

关键词：隧道工程,TSP203,地质预报,预测

随着我国的交通基础建设的大力发展, 作为其重要组成部分的隧道工程要想在设计阶段、施工阶段完全搞清楚隧道所处位置的工程水文地质情况, 以及不良地质体的状态特征是非常困难的[1]。面临复杂多变的地质情况, 如果在没有应对地质灾害的应急防范措施的情况下施工, 质量安全事故将不可避免。在当前我国安全生产倍受国家和媒体重视的今天, 隧道事故的发生造成的影响是巨大的, 不仅会延误工程的进度, 造成总工期的拖延, 而且还会造成工程成本的上升, 以及不良的社会影响。为预防隧道施工过程中银地质问题引发突发性地质灾害事故, 在隧道开始施工时, 必须要做好隧道的地质预测预报, 掌握隧道开挖前方的地质情况, 在隧道施工前提前做好应急准备, 并及时调整施工工艺, 确保隧道的安全施工[2]。隧道超前地质预报TSP法是一种预报精度较高、技术成熟的物探方法, 是目前国内隧道超前地质预报中使用最为广泛的一种超前探测技术。

1 TSP203预报系统的特点

1.1 TSP203预报系统的特点

隧道超前地质预报TSP203法相比其他的物探方法, TSP203法在隧道地质预报中的使用范围更广、预报的距离也相对更长、准确率也更高。由于该方法在隧道施工的间歇期进行地质预报, 因此在施工过程中对隧道的干扰几乎没有, 且该方法在预报地质时提交成果也比较及时。结合隧道超前地质预报TSP203法在目前隧道的超前地质预报中使用情况, 归纳起来, 隧道超前地质预报TSP203法具有以下特点: (1) 适用的范围广:这种预报方法是利用地震波在不均匀地质中产生的反射波特性进行预报地质情况的, 所以使用范围更广。 (2) 预报的距离长、准确率高:隧道掌子面前方100~250m范围内的地质状况能被准确预报, 且预报长度随着围岩完整发生变化, 围岩越完整, 预报距离就越大。 (3) 不会对隧道施工造成干扰:可在隧道施工间歇期进行地质预报, 对隧道的正常施工干扰较小。 (4) 提交成果非常及时:这种方法利用专用的处理软件以及计算机自动绘出地质变化图, 处理速度比较快, 因此能在现场采集数据后的第二天即可提交正式成果报告。

1.2 TSP 203预报系统可解决的主要技术问题

(1) 超前地质预报TSP203法能探测掌子面前方是否存在断层、特殊软岩等特殊不良地质体;

(2) 超前地质预报TSP203法能对隧道掌子面前方的不良地质体的相对位置以及规模进行有效的探测;

(3) 超前地质预报TSP203法能对不良地质体的围岩类别进行有效判断, 并预测地质灾害发生的可能性。

2 TSP203地震波超前地质预报系统介绍及工作原理

2.1 TSP203简介

TSP隧道超前地质预报系统是目前隧道超前地质预报方法中最新的地球物理探测方法之一, 代表了当今隧道地质超前预报的最新水平。TSP隧道超前地质预报系统属于多波、多分量、高分辨率地震反射地震勘探方法, 其主要组成主要有:洞内资料采集的仪器主要由三分量检波器、仪器主机及起爆器组成。三分量检波器用来接收地震波信号;仪器主机将接收到的地震波信号进行放大、模数转换和数据记录, 同时还进行测量过程控制;起爆器用于引爆电雷管和炸药。TSP203隧道超前地质预报法是一项先进的长距离超前预报系统, 在很多方面, 与其他的地质预报方法相比, 其优势非常突出, 如对软弱地层的分布, 断层及其影响带和裂隙发育带等方面预报。

2.2 TSP203地震波超前地质预报系统工作原理

隧道超前地质预报TSP203法和其它反射地震波方法一样, 也是采用回声测量原理。然而TSP隧道地震波超前地质预报系统是利用微量炸药爆破产生地震波在不均匀地质体中产生的反射特性, 来达到预报隧道掌子面前方及周围临近区域地质体状况。其基本工作方法是沿平行隧道轴线方向在隧道侧壁布置观测系统, 在炮孔中用炸药人工激发地震波, 地震波向隧道掌子面前方传播, 当遇到岩石弹性不同的分界面时, 例如岩层分界面、断层和岩溶等, 就发生反射。因此地震波的震源点通常在隧道的左边墙或右边墙, 大约24个炮点布成一条直线, 用小药量依次进行微弱爆破激发产生。地震波信号在隧道周围岩体内以球面波形式传播。当地震波遇到岩石物性界面 (岩石强度发生变化、遇到地层层面、节理面) 时, 特别是断层破碎带界面, 和溶洞、暗河、岩溶、淤泥带等不良地质界面时, 一部分地震信号反射回来, 一部分信号透射进入前方介质。反射的地震信号将被两个高灵敏度的地震检波器接收 (一般左边墙与右边墙各一个) , 通过软件分析地震信息, 从而推断和解释掌子面前方地质构造形态及围岩的力学物理参数。回波信号数据根据返回的传播速度、延迟时间、波形、强度和方向, 通过TSPWIN软件处理。反射信号的旅行时间和反射界面的距离成正比, 通过反射时间与地震传播速度的换算就可以将反射面的位置、与隧道轴线的夹角以及与隧道掘进面的距离确定下来, 便可了解隧道工作面前方地质体的性质 (软弱岩带、破碎带、断层、含水岩层等) 和位置及规模, 并可计算出其岩石物理力学参数, 从而确保隧道施工安全与质量。

3 TSP203系统存在的不足

大量的工程实践资料表明, TSP隧道超前预报系统在隧道施工超前预报方面很有成效。然而对某些不良地质体, TSP预报法预报效果可能达不到预期效果, 或者说得出的结论存在一定的局限性, 主要体现在以下几个方面: (1) 采用一维观测系统, 不能准确确定掌子面前方圈岩的波速分布, 也不能准确推断反射地质界面的位置和力学性状; (2) 对某些不良地质体, 有时候不能严格区分岩体的强度, 渐变岩体不容易分辨; (3) 对溶洞, 洞穴以及不连续的地质体预报效果比较差; (4) 在进行岩溶灾害预报时, 只能对地质体的软弱夹层、断层及断层破碎带、不同岩性分界面以及地层分界面等位置进行预报, 而并非对岩溶形状进行探测。因此在隧道施工预报中, 所有的地质情况仅依靠TSP系统去解决是不切实际的, 因此需要利用综合预报的方法进行, 以达到较好的预报效果。

4 结语

隧道掌子面前方的地质情况能够通过TSP203超前地质预报系统及时准确的作出判断, 这对隧道施工前对隧道施工方案和施工措施的选择具有重要的指导意义。由于TSP是一种物探方法, 现场操作分析人员对仪器使用的熟练程度、施工经验、地质知识等都会影响超前地质预报系统预报的精度, 因此这就需要TSP203超前地质预报操作分析人员不断地积累工作经验, 积累知识, 熟练掌握仪器的使用, 才能使预报的结果更加接近事实, 从而更好的指导施工。

参考文献

TSP203 篇4

1 TSP203超前预报系统的原理

1.1 理论基础 (图1)

地震超前预报方法是利用地震波在不均匀、不连续地质体界面产生反射, 实现隧道地质超前预报目的的。由微型爆破引发的地震信号分别沿不同的途径, 以直达波和反射波的形式到达传感器, 与直达波相比, 反射波需要的传播时间较长。TSP地震波的反射界面实际上是指地质界面, 主要包括大型节理面、断层破碎带界面、岩性变化界面和溶洞、暗河、岩溶陷落柱、淤泥带等。这些不良地质界面的存在对于隧道施工能否正常进行往往起着决定性的作用, 因此准确的对其规模、位置进行预测具有重要的意义。TSP203系统由测得的从震源直接到达传感器的纵波传播时间换算成地震波传播速度:

式中

X1为爆破孔到传感器的距离 (m) ;

T1为直达波的传播时间。

在已知地震波的传播速度下, 就可以通过测得的反射波传播时间推导出反射界面与接受传感器的距离, 以及在隧道断面的距离, 其理论公式为

式中

T2为反射波传播时间;

X2为爆破孔与反射界面的距离;

X3为传感器与反射界面的距离。

2 TSP203超前预报系统在擦罗2#隧道的应用

2.1 擦罗2#隧道概况

擦罗2#隧道位于四川省雅安市石棉县擦罗乡境内, 设计为雅泸 (雅安至泸沽) 高速公路双线隧道。左线里程为K132+978 (高程1287.736m) 至K134+855 (高程1307.691m) , 全长1881m。右线里程为YK132+968 (高程1287.603) 至YK134+905 (高程1314.896m) , 全长1940m。隧道内直线段路面横坡为单向坡2%, 最大纵坡2.9%, 最小纵坡0.5%。

擦罗2#隧道地处中高山地形, 隧道穿越擦罗山包与灯盏窝分水岭, 隧道沿线山包最高海拔在1490.0m, 隧道段最低标高在1318.0m, 相对高差172m。进口端正处108国道旁一斜坡处, 斜坡坡角33°~55°, 出口为擦罗乡南桠河左岸斜坡, 坡角50°。

隧址区地层主要为早震旦世花岗岩 (γ22) , 其次为在斜坡、平台、沟谷地带分布的第四系全新统残坡积层 (Q4e1+d1) 、第四系中上更新统冰水沉积层 (Q2+3fa1) 及第三系上新统昔格达组 (Q2x) 。隧道位于川滇南北向构造带 (康滇地轴) 北段, 根据地质调查和钻探资料, 隧址区见挤压破碎带, 辉绿岩脉多沿此带侵入, 并被第三系、第四系地层覆盖, 其时代早于第三系, 稍晚于早震旦世花岗岩 (γ22) 时期。

隧址区地下水主要由覆盖层中的孔隙水和基岩裂隙水两部分构成。地下水主要受大气降水补给, 迳流途程短, 排泄迅速, 向斜坡下游河谷排泄。其渗透性差, 储存条件差, 对隧道影响较小。

TSP超前地质预报是勘测设计阶段以后工程地质工作的继续, 主要目的是探测或预测开挖工作面前方围岩工程地质和水文地质情况, 获取详实可靠的地质信息, 如围岩类别、断层带和破裂带位置、性质、规模、富水等, 进行信息反馈。并对探测到的地质情况进行综合分析, 作出判断, 提出地质预报成果, 作为指导施工和优化支护参数、围岩类别变更等动态设计的依据。

2.2 TSP203数据测试参数

测试位置:擦罗2#隧道左线进口;

测试仪器:TSP-203plus;

掌子面位置:K133+528;

接收器位置:擦罗2#隧道左线进口左右两侧K133+462;

接收器数量:2个;

测点位置:擦罗2# 隧道左线进口左壁

设计测点:2 4个;

采样间隔:62.5μs;

记录时间长度:451.125ms;

采样数:7218。

2.3 数据处理与评估

采集的TSP数据, 通过TSPwin软件进行处理, 获得P波、SH波、SV波的时间剖面、深度偏移剖面 (图2) 和反射层提取 (图3) 以及岩石物性参数等成果。预报距离为100m (即K133+528~K133+628) 。

在成果解释中, 以P波资料为主对岩层进行划分, 结合横波资料对地质现象进行解释。解译成果如下:

(1) K133+528~K133+554段:长度约26米, 该段岩层以早震旦世弱风化花岗岩为主, 块状构造, 围岩稳定性较好, 节理不发育, 无地下水, 围岩级别为Ⅲ级。

(2) K133+554~K133+594段:长度约40米, 围岩强度较前段降低, K133+560~K133+564段和K133+567附近裂隙节理极为发育。其中K133+570~K133+594段张性裂隙密集带。围岩呈碎石状松散结构, 岩石完整性差, 裂隙率大, 岩体整体性差, 沿节理面在拱顶和拱脚处为喷护的围岩上可发生片帮、掉块现象。该段隧道施工时应注意控制及时支护, 防治塌方的发生。围岩级别为Ⅴ级。

3) K133+594~K133+600段:长度约6米, 围岩强度增强, 裂隙仍较发育, 岩体较破碎, 无地下水, 围岩级别Ⅳ级, 施工时注意加强支护防止掉块。

裂隙带, 注意加强支护, 防止坍塌。围岩级别为Ⅴ级。

2.4 对后续施工地质工作建议

在TSP203plus探测的基础上, 结合地面地质体投射法和断层参数预测法等其他长期超前地质预报手段, 以及短期预报手段才能达到提高超前预报的准确性和可靠度的目的。

3 结语

对上述预报结论的验证表明, TSP预报系统对断层和破碎带的预报结果基本相符。通过以上的工程应用实例, 可以看到TSP203超前地质预报能够及时地了解掌子面前方的地质情况, 特别是对掌子面前方断层及破碎带的探测。为隧道施工和及时地调整支护参数提供依据, 有效地控制地质事故的发生, 确保支撑隧道的岩石牢固可靠和施工质量, 改善工地的安全, 赢得施工时间, 降低成本, 提高隧道掘进的进度将风险降低到最小。

摘要：TSP203系统是瑞士安伯格公司专门为隧道地质超前预报而设计的隧道地震探测仪, 该系统集数据采集、数据处理和成果评估于一体, 高度智能化。可预报隧道掌子面前方至少100m范围内围岩地质体的性质、位置和规模, 并计算出岩石物理力学参数, 为确定合理的支护参数提供科学依据, 确保隧道施工安全和质量。本文对TSP203系统工作原理及通过施工应用实例系统地作了阐述。

关键词：TSP203,隧道,超前地质预报

参考文献

[1]刘志刚, 赵勇.隧道隧洞施工地质技术[M].北京:中国铁道出版社, 2001.

[2]蒋爵光.隧道工程地质[M].北京:中国铁道出版社, 1994.

[3]刘秀峰, 刘志刚.TSP解释及其功能扩展时应注意的几个问题的探讨[J].石家庄铁道学院学报, 2003, 16 (1) .

TSP203 篇5

关键词：铁路,隧道工程,TSP203技术,案例分析

随着我国铁路事业的飞速发展, 大量的隧道工程开始不断的涌现出来。在具体的隧道工程建设过程中, 地质条件是一个十分重要的影响因素, 会对施工进度和效果等产生极大的影响。而地质条件在隧道施工中有很大的不确定性, 施工过程中很容易遇到例如冒顶、涌水等地质灾害。因此, 如何使地质风险最小化, 提高工程施工质量, 确保隧道施工安全, 成为摆在众多施工单位和工作人员面前的重要课题。TSP203技术是一种先进的预报技术, 可以为动态设计施工提供可靠的决策参考依据, 保证各种隧道施工建设的顺利进行。

1 TSP (tunnelseismicprediction) 203技术概述

1.1 TSP203技术

TSP203技术就是采用波的形式来探测岩层结构, 波从一激发点传播经不同的岩层以折射或反射的方式再返回到接收点, 以此可以反映出不同的波速, 从而就能反映不同的地质条件。波的生成主要靠炸药爆破产生的振动波, 接收则是由传感器控制的。从波速与岩层密度的关系;当岩层含水时爆破得到横向波就会消失, 因为水无抗碱性, 这样应用公式就会勘探出岩层是否含有水。因此, 实际施工过程中, 为了保证隧道各项施工的安全性, 避免在挖掘时出现塌方或者海水倒灌等情况, 可以积极的利用TSP203技术进行相应的地质预报, 以获得更多有用的信息, 更好的指导具体的施工。

1.2 TSP203技术原理分析

TSP是一种多波多分量地震反射法, 具有较高的分辨率。在不均匀地质体中, 地震波会产生不同的反射波特。而基于这一情况, 便可以利用TSP203技术技术对隧道掘进面的周边以及前方等区域的地质状况进行分析和预报, 达到超前预报的目的。应用过程中, 按照实际情况和预报的需要, 合理的设置震源点。然后, 在震源点利用少量的炸药获得地震波。地震波产生之后, 在传播的的过程中会遇到不同的岩石波阻抗差异界面, 于是, 地震信号一部分会发生反射, 另一部分则会发生透射作用, 进入前方的介质之中。利用具有较高灵敏度的检波器接收反射回来的地震信号, 并利用TSPw in软件进行处理, 便可以得到相应的地质信息。工作人员通过对这些信息进行分析, 便可以对各种不良地质体的具体性质予以全面的了解。

实际施工过程中, 通过工程物探与地质分析方法相结合是方式, 对复杂地质条件下隧道进行现场探测, 确定断层、破裂带、含水带等不良地质现象的识别模型、岩体结构特征和物性参数特征, 采用隧道综合超前预报技术, 可以显著提高不同地区复杂地质条件下隧道综合地质超前预报的准确率。

TSP203原理如图1所示。

1.3 TSP超前地质预报目的分析

1) 对施工前期阶段的勘查结果予以进一步明确, 了解是否存在未被探明的重大地质问题, 进一步提高施工的针对性和安全性。

2) 对可能出现的地质灾害进行分析, 减少施工过程中各种灾害的出现, 提高隧道施工的安全水平。

3) 为隧道施工提供可靠的信息和资料, 提高隧道动态设计的科学性, 提高施工的效率和效果。

4) 为隧道长期安全运营提供所需的各项基础资料。

2 TSP203技术在铁路隧道工程中的应用案例分析

2.1 工程概况

1) 工程名称:严家塔隧道。

2) 工程位置:黄土梁峁区。

3) 基本情况:地形起伏较大, 多开辟为耕地, 隧道进口里程改M D I-IK45+645.24, 出口里程改M D IIK47+400, 全长1754.76米, 其中黄土V级594.76米, IV级750米, III级410米, 隧道最大埋深155.43米。

4) 隧道区情况:隧道区地层为第四系上新统坡洪积新黄土, 中更新统洪积老黄土第三系粉质粘土, 粗圆砾土, 二叠系上统砂岩级泥岩, 土壤最大冻深1.04米。工点范围内特殊岩土为:湿陷性黄土、膨胀岩。工程范围内不良地质主要有坡面溜坍、错落、滑坡等。

2.2 TSP技术的具体应用

1) TSP超前探测内容为:在施工之前, 对节理密集地段、地层软硬相间、不同岩性接触带、富水段、浅埋地段等进行重点探测。

2) TSP203plus超前地质预报系统的组成为:a.记录单元。b.地震波接收。利用三分量加速度地震检波器对地震波进行接收, 具有灵敏度高、操作范围大等特点。其中, 频率范围为0.5~5000H z, 操作温度范围为0℃~65℃, 灵敏度为1000m V/g±5%, 共振频率9000H z, 横向灵敏度>1%。c.数据采集与处理。利用TSPw in软件对得到的相关数据进行处理, 获得所需信息。 (TSP203plus超前地质预报系统具体组成如图2所示) 。

3) 测线布置情况:在设置炮孔的时候, 孔深设为1.5m, 数量设为24个, 直径设为38m m, 离地高度设为1m左右。在设置炮孔位置的时候, 要将其设置在隧道右边墙, 并合理的进行间距设置。

其中, 第一个孔和接收器之间的距离要保持在16m, 剩余的不同炮孔之间均以1.5m为间距。在方向方面, 为保证激发的时候水可以对炮孔予以封填, 炮孔要保持沿轴径向, 并向下方倾斜一定的角度, 角度保持在10~20°即可。

接收器孔。位置:在隧道边墙 (面对掌子面) , 距离掌子面大约50m。数量:2个, 隧道左、右边墙各一个。直径:φ43~45m m/孔深2m。布置:沿轴径向, 用环氧树脂固结, 向上倾斜10°左右。高度:离地面1m。

4) 数据采集。在进行预报相关数据处理的时候, 主要分为两个部分, 一部分是洞内的数据采集, 另一部分是室内的数据分析、处理。

a.钻接收器孔一共为2个, 具体情况如测线布置所示。b.钻爆破孔一共24个, 具体情况见测线布置。c.埋置接收器管:将环氧树脂放入接收器孔中, 然后将接收器管旋转插入孔内, 15分钟后环氧树脂、接收器管与周围岩体就能很好地粘结在一起。d.装药:每爆破孔装药量大约75g (岩石2#乳化炸药) , 具体进行装药的时候, 要注意结合实际环境条件, 按照围岩的软硬程度和完整破碎程度以及和接收器之间的位置关系等, 合理的进行调整。e.联线。f.放炮, 并对相应的信号予以接收。g.拆除线路, 并对使用的设备进行妥善清理。TSP203洞内数据采集部分具体情况如图3所示。

室内计算机分析处理。对数据进行完整采集之后, 利用TSPw in软件予以相应的分析和处理。具体来看, 软件处理涉及到多个步骤, 主要包括数据设置和拾取处理以及反射波提取和提取反射层等步骤。其中, 通过进行速度分析, 可以实现对反射信号传播时间的转换, 获得相应的具体的距离信息。然后, 结合隧道轴实际交角大小等数据信息, 对反射层所对应空间位置予以明确。最后, 按照分析结果对地质体质进行全面、科学的分析吗, 并得出最终的结果和结论。

5) 数据分析。利用TSPw in软件对获得的数据进行处理, 获得相应的分析结果, 包括不同反射层的能量大小和岩石各种物理力学参数、提取的反射层, 以及深度偏移剖面等, 另外, 还可以获得探测范围内反射层的空间分布情况。

提交资料室内分析处理一般在24小时内完成并可提交正式成果报告, 报告一般包括如下内容:a.工作概况;b.探测的方法、设备及原理;c.测线布置;d.对测试结果的初步分析;e.结论。

TSP报告中应附的成果图表包括:a.现场数据记录表;b.岩石参数曲线图 (横坐标为里程) ;c.二维结果图 (横坐标为里程) ;d.岩石参数表。

通过对相关数据进行分析, 可以为实际施工建设提供大量具有较高参考价值的数据信息。对合理指导施工、节约投资, 缩短工期, 降低安全风险起到重要作用。项目实施中, 因提前预报了断层破碎带影响范围、突泥涌水段等不良地质段, 有效减少了塌方、突泥等造成的工程事故, 保证了施工的安全、高效开展。

6) 预计预报范围。TSP203每次可探测100~200m, 为保证预报结果的精确性, 采用重叠方式进行预报。

3 总结

隧道工程数量和建设规模越来越大, 可能遇到的施工地质条件愈加复杂 (如地质破碎带、断裂带、卵石堆积层、溶洞、地下水体等) 。为保证施工的安全性, 施工地质超前预报受到参建各方的高度重视。通过本文的分析也不难发现, TSP技术功能强大, 将其应用于铁路隧道工程之中可以获得良好的效果。可以更好的指导隧道全程施工, 为优化施工方案提供有效信息, 有力地保障了工程质量, 预防安全事故, 提高了工程进度。但是, TSP方法是一个学习的过程, 在隧道开挖的过程中要边预测边学习, 将施工过程中观察得到的数据反馈回来, 对此方法进行不断的修正。

参考文献

[1]荆学亚, 梅建华.TSP203地质超前预报系统在乌鞘岭隧道6号斜井的应用[J].铁道标准设计, 2005.

[2]孙小田, 申飞.TSP203系统在乌鞘岭特长隧道中的应用[J].铁道标准设计, 2007.

[3]荆学亚, 梅建华, 曹宁宇等.TSP203地质超前预报系统在乌鞘岭隧道施工中的应用[J].铁道建筑技术, 2004.

[4]周黎明, 刘天佑, 刘江平等.复杂铁路隧道施工地质超前预报中TSP探测技术应用研究[J].铁道工程学报, 2008.

TSP203 篇6

长大隧道由于线路长, 埋深大, 在施工前全面查清隧道沿线的工程及水文地质情况, 准确探明所有可能引发施工地质灾害的不良地质体的类别, 位置和规模十分困难, 因此在隧道建设过程中, 往往会遇到无法预料的地质灾害。一旦处治不当, 将会给施工单位造成重大财产损失及人身安全事故。为保证长大隧道施工安全, 减轻地质灾害造成的损失, 对隧道前方不良地质的发育情况及时的预报, 是隧道施工过程中应重点考虑和解决的难题。TSP超前地质预报系统, 具有预报距离长, 对探测面扰动小, 速度快, 费用低的优点, 在长大隧道建设过程中应用较广泛。

2 基本原理

TSP超前地质预报系统利用爆破产生地震波, 地震波传播过程中遇到波阻抗差异界面后, 一部分地震波信号折射后继续传播, 另一部分被反射回来。反射回来的地震波信号由预先埋设的高敏感度检波器接收, 储存到仪器内, 利用专门的分析软件对采集到的数据进行处理。解译人员根据隧道前方围岩纵横波波速、泊松比、动态杨氏模量等参数的曲线, 综合已探明的地质信息, 预报前方地质情况[1]。

3 实际应用解决的技术问题

1) 能较准确的预测隧道掌子面前方存在的断层, 煤层, 富水岩层等与其他岩层的分界线。

2) 能探测出隧道掌子面前方存在的溶洞, 暗河, 特殊软土等不良地质体的位置和规模, 也可以粗略判断不良地质体的围岩级别, 但准确的围岩级别判定还需要进行现场围岩评价才能确定[2]。

4 TSP203 预报黄土隧道工程实例

4. 1 工程概况

蒙华铁路延安隧道位于陕西省延安市建华镇至梁村乡, 为单洞双线隧道, 隧道全长9 198 m, 隧道最大埋深约228. 30 m。该地区属于陕北黄土高原梁峁区, 地形受地台抬升及黄土高原水流向源侵蚀的影响, 下切作用明显, “V”字形冲沟发育, 呈树枝状分布, 形成沟壑纵横、支离破碎的特点, 为典型的黄土高原侵蚀性梁峁沟谷地形地貌。隧道所在范围内地层岩性从上到下依次为: 砂质新黄土, 粘质新黄土, 粘质老黄土, 细圆粒土; 侏罗系中统砂岩, 泥岩。薄~ 中厚层状构造, 局部为砂岩泥岩互层, 节理裂隙发育。

4. 2 预报成果解译

本次超前地质起始里程为DK305 + 185, 爆破点24 个, 装药量为50 g ~ 150 g。本次数据接收器耦合良好, 爆破数据全部有效, 探测过程符合试验要求。原始记录数据见图1, 图2。图3 为经过处理后得出的2D结果显示及岩体物性图。

根据有关资料及上述评价准则, 通过对图1 ~ 图3 的解译, 解释成果如下:

1) DK305 + 185 ~ DK305 + 225 段围岩强度和完整性与掌子面相比变化不大, 整体围岩完整性差, 强度低。DK305 + 210 断面附近含少量裂隙水, 局部岩体节理裂隙发育, 应做好初期支护, 推断围岩级别为Ⅳ级。

2) DK305 + 225 ~ DK305 + 240 段围岩强度与掌子面相比明显降低, 岩体较破碎, 建议加强初期支护, 推断围岩级别为Ⅳ级偏弱。

3) DK305 + 240 ~ DK305 + 250 段围岩强度和完整性与掌子面相比变化不大, 整体围岩完整性较差, 强度低, 推断围岩级别为Ⅳ级, 建议加强初期支护工作。

4) DK305 + 250 ~ DK305 + 270 强度与掌子面相比明显降低, 岩体破碎, 节理裂隙发育, 局部含裂隙水, 强烈建议本段施工过程中提高隧道监控量测频次, 加强支护强度, 围岩级别推断为Ⅳ级偏弱。

5) DK305 + 270 ~ DK305 + 280 段围岩强度与掌子面相比变化不大, 整体围岩完整性较差, 强度低, 围岩级别推断为Ⅳ级, 建议加强初期支护。

由图2, 图3 可以看出, 在DK305 + 250 ~ DK305 + 270 范围内, 纵波、横波波速速度变化明显, 且变化频幅度较大, 泊松比明显增加, 动态杨氏模量显著降低, 可以推测在本次预报范围内围岩强度有所降低, 局部节理裂隙发育, 岩体破碎。

4. 3 预报结果与开挖情况对比

延安隧道进口实际开挖过程中, DK305 + 185 ~ DK305 + 280范围内的地质情况与预测的结果基本一致, 其中在DK305 + 246 ~DK305 + 274 范围内主要为粘质新黄土, 侏罗系中统泥岩、砂岩, 局部为砂岩泥岩互层, 节理裂隙发育, 局部结构面弱风化~ 强风化, 整体稳定性差。与勘察资料相比, 此处地质情况较差, 但TSP超前地质预报基本上准确的预报到了此处不良地质的位置。在此指导下, 施工单位加强了隧道监控量测的频次, 根据拱顶及收敛变形情况, 及时调整施工进度及施工工艺, 采取了相应加固措施, 保证了施工安全。

5 结论

1) TSP超前地质预报系统主要通过波速, 密度, 泊松比, 动静态杨氏模量等参数对探测面前方地质情况进行预判。

2) 通过TSP超前预报系统准确的预判隧道前方不良地质体的位置和规模, 可以给施工组织带来时间上超前性, 采用有针对性的处理方法和支护加固手段, 有效降低地质灾害对隧道施工的影响。

3) TSP203 隧道超前预报系统成果解译具有多样性, 因此预报仍然会出现误差。想要提高TSP超前地质预报的准确性, 还应将TSP超前地质预报与野外地质调查, 围岩等级评价紧密结合, 考虑其他信息, 多种方法、多种手段综合运用, 提高预测精度。

摘要：结合工程实例, 介绍了TSP203隧道地质勘探的基本原理, 分析了隧道隧洞超前预报中能够解决的技术问题, 并将预报结果与实际工程进行对比, 验证了该技术的应用效果, 对类似项目有一定借鉴作用。

关键词：黄土隧道,地震波,超前地质预报

参考文献

[1]赵岩, 李术才, 薛翊国, 等.TSP203预报胶州湾海底隧道f2-1含水断层的实践[J].山东大学学报 (工学版) , 2009, 39 (4) :80-81.

[2]刘志刚, 刘秀峰.TSP (隧道地震勘探) 在隧道隧洞超前预报中的应用与发展[J].岩石力学与工程学报, 2003, 22 (8) :73-74.

[3]曹小军, 王萌.TSP超前地质预报系统在水平层状砂泥岩黄土地区的应用[J].铁道建筑, 2011 (3) :16-18.

TSP203 篇7

齐岳山隧道是宜万铁路全线的重、难点和控制性工程,隧道全长10 528 m,进口标段(PDK361+235～PDK364+900)设计为-13‰和-15.3‰的单面下坡,长距离反坡排水。隧道位于灰岩地层,属岩溶发育地段,穿越齐岳山背斜和箭竹溪向斜,隧道最大埋深670 m,工程和水文地质异常复杂。齐岳山隧道进口标段地表有大小天坑20多处,发育有10条断层,存在大规模高压突(涌)水、突泥、高地应力引发的大变形和岩爆、煤层、瓦斯及天然气等许多不良地质灾害现象。其中,F5断层(PDK362+695～DK362+765)探测时电阻率急剧降低,形成“黑洞”效应,地质构造为齐岳山背斜核部,穿越二迭系吴家坪组(P $_{2}^{w}$ )、三迭系茅口坪组(P $_{1}^{m}$ ),发育二迭系吴家坪组(P $_{2}^{w}$ )隔水层,岩体破碎,可能大的涌水或突泥突水,并有可能形成高压水头,设计正常涌水量为20 554 m3/d,最大涌水量为99 474 m3/d。

2 TSP测量原理

TSP(隧道地震波勘探)属于声波探测技术。与常规声波探测技术不同之处在于该技术是专门为长距离、地质复杂隧道的超前地质预报而设计,其声波发射和接收技术与常规声波探测也不尽相同。TSP203是采用了回声测量原理。地震波在指定的震源点用小量炸药激发产生。地震波在岩石中以球面波形式传播。当地震波遇到岩石物性接口(即波阻抗差异接口,例如断层、岩石破碎带和岩性变化等)时,一部分地震信号反射回来,一部分信号透射进入前方介质,反射的地震信号将被高灵敏度的三分量传感器接收。由于TSP203超前地质预报系统采取的是“多点激发、一点接收”测量方法,多点激发产生的地震波相互跟踪检验,故而能提供一种精确的测量。反射信号的强弱与发射接口两侧的岩性有很大关系,发射接口两侧的岩性差异越大,反射回来的信号越强,预报的范围也就越大。

3 TSP203探测技术在齐岳山隧道F5断层中的应用

因本次探测主要是探测F5断层的地质情况,探测于2005年3月30日进行,具体过程如下。

3.1 现场探测概况

本次探测采用YT-28型风动凿岩机施工ϕ50 mm接收器孔2个,隧道左、右边墙各1个,沿轴径向布置,钻孔深度为2.0 m,用环氧树脂锚固,钻孔倾角为向上5°;钻孔高度为隧底开挖上1.5 m,距掌子面为60 m。

爆破孔布置在隧道右边墙,采用YT-28型风动凿岩机施工ϕ42 mm爆破孔24个,钻孔深度为1.4 m～1.6 m,钻孔向下倾斜5°～15°,第一个钻孔离接收器为20 m,其余炮眼间距约1.5 m,每孔装2号岩石乳化炸药50 g,采用瞬发电雷管起爆,为了封住洞口,用一根胶皮管缓慢进行充水,直到把孔充满。爆破顺序右24号～1号依次起爆。且本段局部岩体破碎,为了防止爆破孔内的坍塌而无法装药,采用了薄型的PVC管(外部直径32 mm,长度1.8 m,炮孔施工完毕后立即将PVC管置于炮孔内)。

3.2 数据采集

本次预报采用TSP203地质超前预报仪进行数据采集和数据分析。接收器位置为PDK362+535,掌子面位置为PDK362+595。采集的TSP数据,通过TSPwin软件进行处理获得一系列数据与波形图像。

3.3 TSP二维波形图(见图1)

3.4 超前地质预报结论与建议

1)掌子面(PDK362+595)前方199 m范围内,围岩以泥质灰岩为主,夹少量叶岩,为薄层～中厚层状,局部节理裂隙发育,局部段程有水,围岩级别以Ⅲ级～Ⅳ级为主。

2)本次所预报范围内PDK362+604～PDK362+631段软硬互层,稳定性较差;PDK362+652～PDK362+702段为断层破碎带及影响带,软硬互层,节理裂隙发育。

4 施工过程中的揭示

4.1

实际情况与预测情况对比一览表(见表1)

4.2 产生误差原因的分析

1)物探是一种体积勘探,它的异常是观测前方一定范围内的不均匀地质体的物性异常,引起异常的地质体不一定位于测点的正前方,齐岳山隧道平导PDK362+935～PDK362+955波形异常,在平导开挖过程中本段为泥质灰岩,围岩整体性较好,但是在泄水洞相同的位置遇到了含水的破碎带。

2)物探推断不良地质体位置的准确程度与选取的计算参数(速度)有关,而这些参数往往是不能准确选取的,造成波形在接收和软件分析时与实际产生差别。