第二工程有限公司 张兴国
摘要：通过应用实例，介绍了TSP203超前预报系统的实际应用情况；并通过实际对比，简要分析了该系统在某些地质方面的应用效果及其探测的准确性。
关键词：超前地质预报系统 隧道施工 应用 准确性分析
1 引言
湖北沪蓉西高速公路宜昌至恩施段全长198km，其龙潭隧道是该段的关键控制工程之一。该隧道为左右分离式隧道，全长8656.5m（左线长8693m，右线长8620m），是目前全国在建的第二长公路隧道。该隧道地质条件复杂：隧道区穿越自然滑坡山体，隧道内岩溶发育，断层密布，隧道围岩强弱变化频繁，地应力突出，有“地质博物馆”之称。
为解决复杂的地质条件对隧道施工可能的影响，我们在施工中引进了TSP203超前地质预报系统，对隧道围岩进行超前地质探测，为隧道施工提供地质参考资料。
2 TSP203超前地质预报系统的探测方法
TSP203超前地质预报系统，是专门为隧道和地下工程超前地质预报研制开发的，是目前在该领域的最先进设备，它能方便快捷预报掌子面前方100－200m范围内的地质情况，为隧道工程以及变更施工工艺提供依据。这将大大减少隧道施工带来的危险性，减少人员和机械损伤，同时也带来了巨大的经济利益和社会效益。
2.1 TSP工作原理
与其它反射地震波方法一样，TSP采用了回声测量原理。地震波在指定的震源点（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界面时(即波阻抗差异界面，例如断层、岩石破碎带和岩性变化等)，一部分地震信号反射回来，一部分信号折射进入前方介质。反射的地震信号将被高灵敏度的地震检波器接收。反射信号的旅行时间和反射界面的距离成正比，故能提供一种直接的测量。
TSP203超前地质预报系统的现场布置及测试过程由一系列炮点、一到两个三维接收传感器（X、Y、Z方向）、接收机及数据处理系统组成（见图1）。
图1 TSP203系统的方法原理与野外布设
2.2 仪器参数
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
①12道 ②24位A/D转换 ③采样间隔：62.5μs
④带宽:8000hz ⑤记录长度：7218采样点
⑥动态范围120dB 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：1000mV/g±5%
③频率范围：0.5～5000Hz
2.3 现场工作布置
按TSP203超前探测系统要求，实测时观测系统布置一个接收孔（孔深2.0m）和24个炮孔（孔深1.5m，间距1.5m）,如图2所示。每个炮孔炸药用量为50g～100g，采用毫秒级瞬时电雷管逐个引爆，炮孔采用锚固剂药包填塞。
掌子面
16.0m
炮孔24个，间距1.5m
接收孔
图2 观测系统布置平面示意图
3 应用实例及成果分析
3.1 现将二次探测实例列举如下
3.1.1 主洞右线YK65+855～66+000
图3 龙潭隧道右线YK65+855～66+000段深度偏移剖面
图4 龙潭隧道右线YK65+855～66+000段提取的反射层
图5 龙潭隧道右线YK65+855～66+0002D结果显示
3.1.2 主洞右线YK66+033～+205
图6 龙潭隧道右线YK66+033～+205深度偏移剖面
图7 龙潭隧道右线YK66+033～+205提取的反射层
图8 龙潭隧道右线YK66+033～+2052D结果显示
3.1.3 成果分析及实际揭露情况对比
| 序号 | 里 程 | 长度（m） | 推 断 结 果 | 实际揭露情况 |
| 1 | YK65+855～YK65+858 | 3 | 岩石较破碎 | 岩石较完整 |
| 2 | YK65+858～YK65+875 | 17 | 岩石较完整 | 岩石较完整 |
| 3 | YK65+875～YK65+2 | 17 | 岩石较破碎、含水 | 岩石较完整，局部含水 |
| 4 | YK65+2～YK65+918 | 26 | 岩石较完整、软 | 岩石较完整，局部含水 |
| 5 | YK65+918～YK65+935 | 17 | 岩石较完整、节理裂隙发育 | 岩石较完整，无渗水 |
| 6 | YK65+935～YK65+965 | 30 | 岩石较破碎，软弱，局部含水 | YK65+938～YK65+965岩石较破碎，其余段落较完整，局部渗水 |
| 7 | YK65+965～YK65+983 | 18 | 岩石较完整，局部含水 | 岩石较完整，无水 |
| 8 | YK65+983～YK66+000 | 13 | 岩石完整、节理裂隙含水 | YK65+985～YK65+9岩石较破碎，其余段落较完整，均无渗水 |
表二 主洞右线YK66+033～+205段探测情况对比表
| 序号 | 里 程 | 长度（m） | 推 断 结 果 | 实际揭露情况 |
| 1 | YK66+033～YK66+052 | 19 | 岩石较完整,有节理、裂隙发育 | 岩石较完整，有节理、裂隙发育 |
| 2 | YK66+052～YK66+060 | 8 | 岩石较完整 | 岩石较完整 |
| 3 | YK66+060～YK66+071 | 11 | 岩石较完整、节理裂隙发育 | 岩石较完整 |
| 4 | YK66+071～YK66+092 | 21 | 岩石较破碎、节理、裂隙发育,含水 | 岩石较完整，无水 |
| 5 | YK66+092～YK66+099 | 7 | 岩石完整 | 岩石较完整 |
| 6 | YK66+099～YK66+111 | 12 | 岩石较破碎、节理、裂隙发育,含水 | 岩石较完整，无水 |
| 7 | YK66+111～YK66+125 | 14 | 岩石较完整,有节理、裂隙发育 | 岩石较完整，节理、裂隙不发育 |
| 8 | YK66+125～YK66+145 | 20 | 岩石较破碎、节理、裂隙发育,含水 | 岩石较完整，节理、裂隙不发育,无水 |
| 9 | YK66+145～YK66+156 | 11 | 岩石较完整,有节理、裂隙发育 | 岩石较破碎，节理、裂隙发育 |
| 10 | YK66+156～YK66+179 | 23 | 节理、裂隙发育,含水 | YK66+156～YK66+173岩石较破碎，无渗水 |
| 11 | YK66+179～YK66+205 | 26 | 岩石完整 | YK66+185～YK66+194拱腰较破碎、 YK66+203～YK66+205较破碎，其余段落岩石较完整 |
根据推断结果：YK65+935～YK65+965段岩石较破碎、软弱，而该段正处于加宽带位置，开挖断面较大。施工中，在开挖至YK65+935时，将开挖进尺缩小，掘进至YK65+938时，如探测结果分析的一样：围岩软弱破碎、并且局部出现渗水，因为早有准备，因此及时调整了支护参数（原设计Ⅳ类围岩S4型支护，调整为按Ⅲ类围岩S3型支护），并经请示设计部门，将加宽带的位置做了适当调整，安全顺利地通过了该段的开挖。
3.2 影响探测准确率的因素分析
根据推断结果及实际揭露情况的对比，此二次探测的总体准确率约为50%左右。经分析，影响探测准确性的因素有以下几点：
★ 炮眼的填塞效果
炮眼填塞效果的质量决定着爆破后产生的爆破地震波的强弱，亦影响着反射回来的地震波信号。
★ 其它震动源的影响
在进行信号采集时，如果在一定范围内存在其它的震动源（如大型机械的行走、相邻隧道的爆破等），均会对地震波信号造成影响。
★爆破所用电雷管的质量
爆破所用的电雷管的延时时间必须准确，不准确的延时时间将会造成信号传输的错误及对距离判断上的误差。
★ 探测及成果分析人员对不同岩性的地震波信号的判别能力。
3.3 提高探测准确性的途径
★ 确保炮眼的填塞效果
★ 减少其它震动源的影响
在进行信号采集时，禁止一切大型机械在洞内的行走、相邻隧道不得进行爆破，确保信号采集的准确性。
★ 采用同段号、同批号的1～5段的电雷管，且首选低段号，并在探测前对雷管的延时情况进行试验。
★ 提高探测及成果分析人员对不同岩性的地震波信号的判别能力
固定信号采集及成果分析的人员，并将每次的探测成果与实际情况进行对比分析，增强对岩石特征的判别能力。
4 结论
TSP超前地质预报系统对隧道内存在的岩溶、大体积含水、断层破碎带等具有较强的探明能力，但对于隧道内围岩的软弱变化、完整程度及节理、裂隙的发育情况与一般程度下的含水其判别的准确性不高，需进行短距离的超前探配合（如超前水平钻孔、短距离地质雷达探测等）方能提高其在施工中的应用效果。
参考资料：
《TSP203使用说明书》、《TSPWIN 软件评估手册》、《沪蓉西国道主干线龙潭隧道超前地质预报报告》。下载本文
