4、TSP超前地质预报

TSP超前地质预报

QB/ZTYJGYGF-SD-0204-2011 广州分公司 任晓锋 屈 强

1 前言

1.1 TSP超前地质预报概况

TSP地质超前预报是勘察设计阶段以后工程地质工作的继续，主要目的为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，获取详细可靠的地质信息，如围岩类别、断层带和破碎带位置、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，做出判断，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。 1.2 TSP超前地质预报原理

隧道地震波法（简称TSP），其原理是通过小药量爆破所产生的地震波信号沿隧道方向以球面波的形式传播，在不同岩层中地震波以不同的速度传播，在其界面处被反射，并被高精度的接收器接收。通过计算机软件分析前方围岩性质、节理裂隙分布、软弱岩层及含水状况等，最终显示屏上显示各种围岩构造界面与隧道轴线相交所呈现的角度及掌子面的距离，并可初步测定岩石的弹性模量、密度、泊松比等参数以供参考。 2 工艺工法特点

地质超前预报工作可进一步查清因前期地质勘察工作的局限而难以探查的、隐伏的重大地质问题，根据掌握的地质灾害前兆和超前预测预报地质灾害，及时改进施工方法，调整施工工艺，确定防灾预案，进而指导工程施工的顺利进行；施工地质工作可降低地质灾害发生的机率，在隧道施工阶段，TSP超前地质预报技术是保证隧道顺利安全施工的重要地质预报手段，但需辅以其它地质预报手段，才能保证其精度。 3 适用范围

该法适用于复杂地质的公路、铁路等隧道工程施工，用于划分地层界线、查找地质构造、探测不良地质体的厚度和范围，但仪器在作业过程中对环境的要求较高，若噪声过大则会影响采集数据的准确性。 4 主要引用标准

1

4.1《铁路隧道超前地质预报技术指南》（铁建设【2008】105号）、《客运专线铁路隧道工程施工质量验收暂行标准》(铁建设[2005]160号)、《铁路隧道施工规范》(TB10204) 、《公路隧道工程施工技术规范》（JTG F60）。

4.2设计图纸、合同文件。 5 施工方法

5.1地震波反射法连续预报时前后两次应重叠10m以上，预报距离应符合以下要求：

5.1.1在软弱破碎地层或岩溶发育区，一般每次预报距离100m左右，不宜超过150m。

5.1.2在岩体完整的硬质岩地层预报时，距离在200m以内较为精确。 5.1.3隧道位于曲线上时，预报距离不宜太长。 5.2接收器钻孔的布置要求

5.2.1距掌子面约50m，距第一爆破孔15～20m。

5.2.2必须在隧道两壁各安置1个接收器，接收器安置高度与炮孔一致。 5.2.3孔径42~45mm，孔深2m，应根据采用的藕合材料确定接收孔上倾还是下倾。一般情况下，钻孔倾角应垂直隧道轴向，上倾5°～10°。

5.2.4接收器与孔壁的藕合必须紧密，施测时隧道中应没有其它振动源。 5.3采集信号时避免以下缺陷

5.3.1隧道内记录填写混乱，记录序号（放炮号）与炮孔号对应关系不清； 5.3.2采用非瞬发电雷管激发，或者初至波时间出现无规律波动（延迟）； 5.3.3连续2炮以上（含2炮）记录不合格或空炮，或者存在相邻的不合格记录或空炮；

5.3.4空炮率大于15%。 6 工艺流程及操作要点 6.1 TSP超前地质预报流程图

2

观测系统设计 钻炮孔、接收孔 仪器安装与测试 数据分析并出具报告 图1 TSP超前地质预报流程图

数据采集 填装炸药 安装套管 施做标识 6.2工艺参数

TSP有效预报距离应达到：A级地段100米，B、C级地段150米。需要预报区段大于有效预报距离时应多次预报，两次预报重复长度不小于10米；参考既有资料、地质素描、 洞内外水文调查等资料。 6.3操作要点及注意事项

6.3.1观测系统设计

1 收集隧道相关地质勘查和设计资料

2 根据隧道施工情况及地质条件，确定接收器（检波器）和炮点在隧道左右边墙的位置。

3 接收器和炮点位置应在同一平面和高度上。

4 隧道情况特殊或需要探测复杂地质隐患时，必须根据相关理论精心设计观测系统。

3

6.3.2施做标识 在隧道现场，根据设计的观测系统，确定所有接受点和炮点的位置，并做出相应的标识。 6.3.3钻炮孔、接收孔 2m接收孔1掌子面3m224参考点17m1.5m隧道轴线1.5m接收孔2炮孔1

图2 钻孔水平布置断面图 1 应按设计的要求（位置、深度、孔径、倾角等）钻孔，炮孔垂直隧道轴向，下倾10°～20°。 2 一般情况下，钻孔位置不应偏离设定的位置；特殊情况下，以设定的位置为圆心，可在半径0.2m的范围内移位； 3 孔身应平直顺畅，能确保耦合剂、套管或炸药放置到位； 4 在不稳定的岩层中钻孔时，采用外径与孔径相匹配的薄壁塑料管或PVC管插入钻孔防止坍孔。 6.3.4安装套管

1 用环氧树脂、锚固剂或加特殊成分的不收缩水泥砂浆作为耦合剂，安装接收器套管；

2 用电子倾角测量仪器量接收器的几何参数，并做好记录。 6.3.5填装炸药

1 填装炸药前，用电子倾角测量仪和钢卷尺测定炮孔的倾角和深度，并做好记录；

2 炸药量的大小应通过试验确定； 3 用装药杆将炸药装入炮孔的最底部；

4 在激发前，炮孔应用水或其他介质填充，封住炮孔，确保激发能量绝大部分在底层中传播。

4

6.3.6仪器安装与测试 1 用清洁杆清洗套管内部；

2 将接收单元插入套管，并应确保接收器的方向正确； 3 采集信号前应对接收器和记录单元的噪声进行测试。 6.3.7数据采集

1 设置采集参数：采集参数主要包括采样间隔、采集数、传感器分量以及接收器；

2 噪声检查：数据采集前，应对仪器本身及环境的噪声进行监测。仪器工作正常，噪声振幅峰值小于78dB时，方可引爆雷管炸药，接收记录；

3 数据记录：放炮时，准确填写隧道内记录，在放炮过程中应采用炮序号递增或递减的方式进行，确保炮点号正确。

6.3.8内业资料分析与判释

由取得相关试验检测证件的专业工程师进行数据分析，并提交以下资料： 1 现场数据记录表；

2 X、Y、Z三个分量的原始波形记录； 3 频率谱；

4 纵横波分离后的P、SH、SV波形图； 5 P、SH、SV的极度偏移图（横坐标为里程）； 6 二维结果图（横坐标为里程）； 7 反射面提取图；

8 岩石参数曲线图（横坐标为里程）； 9 电子文档。 7 劳动力组织

表1 地质核查及地质超前预报组成员表

人员 项目负责人 技术负责人 检测工程师 （为取得相关证件的专业人员）

人数 1 1 主要任务 全面负责测试工作的协调、组织、安排工作 全面负责地质预报技术相关工作 负责指导钻爆破孔、接收孔，安装接收器套管；负责测量基础数据，数据采集、数据处理和报告编写工作 2 5