提高TSP探测数据精度现场措施分析

2015-02-11马振华中铁第一勘察设计院集团甘肃环通试验检测有限公司陕西西安710043TheAnalysisonMeasurestoImprovetheAccuracyofTSPDetectionDataMAZhenhua

铁道勘察 2015年6期

马振华(中铁第一勘察设计院集团甘肃环通试验检测有限公司,陕西西安　710043)The Analysis on Measures to Improve the Accuracy of TSP Detection DataMA Zhenhua

提高TSP探测数据精度现场措施分析

马振华(中铁第一勘察设计院集团甘肃环通试验检测有限公司,陕西西安710043)The Analysis on Measures to Improve the Accuracy of TSP Detection DataMA Zhenhua

摘要TSP超前地质预报系统是由瑞士Amberg公司利用地震反射波法的原理研制成功的一种超前地质预报工作方法。在TSP超前地质预报过程中需要以现场爆破的形式进行工作面前方的地质信息数据采集，而采集的原始数据好坏会决定解释成果的准确性和合理性，影响超前地质预报人员对隧道工作面前方不良地质体的判识。因此，在进行野外数据采集时应采用各种方法和手段来提高采集信号的信噪比。通过沪昆客专贵州段超前地质预报工作的大量实践，总结出影响TSP数据质量的一些现场因素，旨在提高TSP探测数据精度，从而提高超前地质预报的准确率。

关键词TSP探测数据精度措施分析

TSP超前地质预报系统是由瑞士Amberg技术公司利用地震波在不均匀地质体中产生的反射波特性来预报隧道工作面前方及周围临近区域地质状况的一种方法。超前地质预报结果的准确性完全受采集到的地震波信号强弱所影响，采集到的原始数据好坏会决定解释成果的准确性和合理性，影响超前地质预报人员对隧道工作面前方不良地质体的判识。因此，在进行野外数据采集时应采用各种方法和手段来增强有益的地震反射波，压制干扰波，提高信号的信噪比。

根据沪昆客专贵州段超前地质预报的大量实践，总结出TSP数据的质量主要受地质情况、炸药量、炮孔深度、接受孔和炮孔是否在一条直线上(X轴)、接收套管与围岩的耦合情况、接受孔距工作面的距离等方面的影响。

1围岩岩性的影响

沪昆客专贵州段某隧道，岩性为泥质、钙质白云岩，岩体破碎，泥质充填，围岩岩性较差，地震波的衰减较快，如果不注意增加爆破药量，就会出现图1所示较差的数据。这将给TSP数据处理过程中的初至波拾取带来困难，对后续数据分析产生较大影响。

解决这种问题的措施就是适量增加TSP数据采集时的炸药药量。一般将药量加大到300 g或400 g左右即可。

2炮孔未按规定要求施做造成的影响

用TSP系统探测时，其探测孔和炮孔一般应按表1的要求进行布置。

但经常会碰到一些隧道的围岩风化严重，岩体较松散，施做的炮孔被岩体碎渣充填，炮孔较浅，甚至出现塌孔等现象；此时，炮孔深度一般为0.7～0.8 m左右，炮孔的数量也往往难以达到规定的要求，可能仅为16～17个。这样会导致数据探测深度受限，预报距离变短，不良地质体的判识准确性也随之降低。因此，应尽量保证炮孔的深度在1.5 m左右，且数量应在18个以上。

实际探测时，经常会碰到施做的炮孔倾斜角度为负值，则炮孔往往向上倾斜，这样就不能用清水对炮孔的能量进行封堵。沪昆客专超前地质预报的实践证明，利用浸水后的速凝锚固剂封堵炮孔能得到较好的数据。但是地震波的能量还是损失较多，振幅需要增加到两倍，如图2为沪昆客专某隧道将其地震波振幅调整到2倍后的TSP数据情况。

另外，由于隧道2台阶或者3台阶施工工艺要求所限，往往接受孔与炮孔不在同一直线上，会出现相对高差，在测量时一定要将炮孔的Z坐标测量准确。

如沪昆客专贵州段某隧道TSP探测过程中接受孔与炮孔的高差值约为3.5 m，导致对前方岩溶的判识产生里程上的偏差。因此，在TSP探测时尽量应将接收孔和炮孔布置在同一个台阶上，以消除这种高度差所产生的误差。

3TSP数据采集时接收套管未固结牢固造成的影响

在进行接收套管的安装时应采用环氧树脂将套管固结，如果套管与围岩耦合不密实，会导致接收器和地震波不同步。所接受到的数据大部分为声波、面波的干扰波，在地震记录上呈现强而尖锐的波至，这样的数据无法读取初至波的时间，而且一切振幅都是假振幅。

固结不实有时还会产生套管的微震，会产生地震波不呈指数衰减的连续震荡波，图3即为沪昆客专某隧道接受套管未安装密实而采集到的数据波形。

一个好的地震波数据其振幅包络线必然呈指数衰减趋势，波形无变异情况，初至直达波明显。如果炮孔成孔较好，炮孔深度在1.5 m，倾角为10.0°～12.0°左右，可测到规范的TSP数据，图4即为沪昆客专某隧道采集到的一组比较优秀的数据。另外，对地质状况非常复杂的隧道，也可使用两壁爆破剖面测量，以将获得的TSP数据进行对比和相互校正。

4地质分析对TSP数据采集时的有利作用

在进行TSP数据采集时，特别是在布孔时，有时候需要参考地质资料。通常来说，岩层的主要结构倾向、方位与隧道轴线呈相对固定的关系，在许多情况下，这些关系可以通过地质分析、隧道勘测以及隧道的施工记录得到。如沪昆客专贵州段某隧道在进行地质分析后发现前方断层首先与隧道的左侧相交，为了及时探测该断层的发育情况，则在施做炮孔时就将炮孔布置在该隧道的左侧边墙上，并在隧道右侧也增加了数据接收装置。尽管隧道前方的地质情况未知，但在隧道左右两侧边墙上各安装一对接受器就可提供更多的附加信息。

5结束语

TSP隧道超前地质预报是一个庞大、复杂的研究领域，需要将地质、物探、数学、计算机等各门学科进行结合，在今后的生产和研究中，需要不断积累、总结经验，以提高TSP超前地质预报水平。

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