TGP在深埋隧道施工中应用

吕虎波

（浙江省隧道工程公司，浙江 杭州 310030）

TGP在深埋隧道施工中应用

吕虎波

（浙江省隧道工程公司，浙江 杭州 310030）

在深埋隧道工程在施工时，受地质勘测条件的限制，常遇到未预料的不良地质体和复杂的地质条件，从而产生隧洞地质灾害。本文主要介绍TGP超前地质预报仪在深埋隧道施工中的应用，并以龙津溪引水隧道TGP超前为例，说明其探测的有效性。

深埋隧道；TGP超前地质预报；隧道施工

深埋隧道在施工时，由于掘进方向的地质复杂多样，很容易引起地质灾害，如果能够事先得知前方地质情况，对于隧道工程的施工具有非常重要的意义。为保证隧道正常施工，弥补地质资料不足，及时了解施工区掌子面前方的地质条件，需要适时对不良地质体进行超前地质探测和超前地质预报，判断可能发生施工地质灾害的相对位置。

1、工程概况

龙津溪引水隧洞全长为9173m，i=0.584‰，开挖洞径为底宽3.0m，直径3.9m的扩底圆形断面，部份地质较差段采用钢筋混凝土衬砌和喷锚支护。隧洞沿线地形态波状起伏，山体雄厚，隧道最大埋深达670m，沿线地质条件复杂，隧道穿越底地层有灰紫色中薄层石英岩、细砂岩、变质泥质粉砂岩，钙硅质粉砂岩等，沿线断层发育，破碎宽度最大达到 3～6m。地下水位埋深 0～100m，地下水丰富，隧洞均位于地下水位以下。

由于隧道埋深较深，地质勘查资料不详，参考性较小，实际开挖揭露的地层状况与地质勘查资料出入较大；如在隧道K2+945段，地勘资料为Ⅱ类围岩，实际开挖却发生涌水、突泥现象，突泥量达到了900m³，造成45米隧道全部被埋，60～80米隧道淤泥深度在20～120cm；并伴随大量涌水。

如在隧道K9+425段，地勘资料为Ⅱ类围岩，实际开挖却发生突泥事故，突泥量达到1500m³，造成隧道95m全部被埋。隧道全部位于地下水位以下，隧道经常发生涌水现象，给隧道施工带来较大影响。在K2+911段，隧道发生大量涌水现象，水量达到500m /h。针对这些突发的地质灾害，我单位综合运用各种超前探测技术，包括远距离TGP超前预报，近距离超前探孔、地质素描红外探水等技术，探测隧道前方可能产生的不良地质体，防止突然地质灾害发生，本文仅介绍 TGP超前探测技术的运用。

2、TGP206A探测方法原理及设备

2.1 、探测方法的原理

隧道地质超前预报的工作原理是利用在隧道围岩内以排列方式激发的弹性波，在向三维空间传播的过程中，遇到岩体弹性阻抗界面，即地质岩性变化的界面、构造破碎带、岩溶和岩溶发育带等，会产生弹性波的反射现象，这种反射回波通过预先埋置在隧道围岩内的检波装置接收下来。处理系统锁定掌子面前方一定角度范围，提取反射回波并对其旅行的时间、传播的衰减、以及相位的变化等进行分析，进而对隧道掌子面前方的岩体地质条件做出预报和判断，为施工措施和施工设计方案提供预报资料。

2.2 、探测设备

本次采用TGP206A型隧道地质超前预报系统，TGP206A隧道地质超前预报系统包括仪器设备、配件和处理软件部分。

3、探测方法步骤

3.1 、采集前的准备工作

3.1.1 接收孔与激发孔的布设

隧道地质超前预报检测工作，一般安排在隧道开挖进尺 70 米以后开始进行，需预先在隧道洞壁钻孔。 激发孔与接收孔的布设： 激发孔在隧道洞壁同一侧沿直线布设，一般距离掌子面 5～ 10m 布设第一个激发孔，而后等间距布设，间距一般为 1.5～2m。 软岩岩体波速低选择 1.5m，硬岩岩体波速高选择 2m。 接收孔布设在激发炮孔的后方（以面向掌子面为前进方向）， 接收孔与近的激发孔的距离一般为 20m 左右，该距离与预报距 离有关：该距离长则预报距离长，该距离短则预报距离短。一般 接收孔为左右洞壁对称布设。 TGP 隧道地质超前预报仪的输入端具有同时输入 2 个接收孔 信号的功能，采集时采取 2 个接收孔同时采集数据。 接收孔与激发孔的布设方式见图1：

3.1.2 接收孔与激发孔的造孔要求

激发孔与接收孔的钻孔深度一般为 2 米，钻孔高度一般以距离当时开挖的隧道地板 1.0～1.2 米为宜，钻孔向内略向下倾，以保证孔内方便充水。钻孔完毕后，要测量并记录接收孔的里程桩号、接收孔与同侧第一个激发孔的距离、各激发孔之间的孔距、掌子面的里程桩号和孔位布设段的岩石名称。

图1

图2

3.1.3 接收与激发装置的安装

接收探头与钻孔岩体密切接触是保证地震波采集质量的关键条件之一。安装接收探头之前，首先利用专用工具将黄油耦合剂注入到接收孔的孔底，注入黄油的长度以 30～35cm 为宜。采用专用工具将接收探头定向推入到接收孔的孔 底，使接收探头在接收孔底部与钻孔岩体密切耦合。探头安装完成后，将接收孔孔口密封，以避免管波进入接收孔产生干扰波。 激发系统采用小药量炸药爆炸产生地震波作为震源，一般药量控制在50克为宜。

3.1.4 激发与接收的连接

炸药卷的回路线与仪器的触发信号线接电缆连接，电雷管线 通过起爆连接电缆与起爆器连接（见图2）。接收探头与仪器主机相连，将接收到的地震波信号送至 TGP 主机。

3.2 、数据采集和处理

数据采集主要采用TGP数据采集程序进行。TGP06A 的地震波采集触发是开路触发方式，即信号线在雷管引爆炸药的同时被炸断，信号线同时开路触发仪器采集，仪器采集无延时差，保证定位的准确性。其次做好现场预报检测时的班报记录，班报记录包括：隧道掌子面、激发孔、接 收孔的里程桩号，检测段岩体的岩性名称。最后作为熟练的地质技术人员还应该对接收孔至掌子面段（包含掌子面）岩体的工程地质与水文条件和性质进行描述，注意观察和记录岩体构造、裂隙的 走向和产状。

4、工程实例分析

4.1 测线布置

本次预报在龙津溪引水隧道，检波装置布置在里程 K9+152的左右洞壁钻孔中。掌子面里程为K9+220。 激发孔里程为K9+172至K9+210，激发孔间距为2m 。

4.2 、TGP地震波超前预报成果图

1、TGP综合地质预报成果图

成果图显示：

①有：5个纵波反射界面；3个横波反射界面；

②反射界面与隧道线夹角约50～75度，倾角80-95度；

2、 三维空间横断面扫描成果图

4.3 、超前预报资料分析

现场原始记录评估由地震波三分量原始记录可见：地震纵波同相轴初至较明确，横波同相轴的幅度和频率与纵波相比，较为清晰，纵横波同相轴的速度具有一定差别而分离。认为现场采集的地震波三分量记录属于合格记录，符合数据处理的质量要求。测量段岩体参数本次测量段岩体的弹性参数如下：纵波速度Vp= 5010米/秒；横波速度Vsh= 2660米/秒；泊松比为0.316；动弹性模量Ed= 43954 MPa；动剪切模量Gd= 17108 MPa；岩体密度为2.56吨/立方米

4.4、预报结论与建议

通过对TGP隧道地质超前预报成果的分析，划分掌子面前方150米范围的隧道围岩为3个地质单元：

地质单元 长度 岩层性质 实际揭露围岩特征 备注9+220～9+256 36m岩性为灰紫色中薄层石英细砂岩夹泥质粉细砂，围岩级别为Ⅲ类根据开挖情况和地质素描，此段围岩完整，无需支护。9+256～9+323 67m反射波速度明显降低，且成直线下降状态，说明前方岩体出现显著变化，以中薄层石英细砂岩为主，并夹泥质粉或细砂，岩石强度显著下降，建议按Ⅳ类围岩施工，及时做好初喷等支护措施。在桩号9+255～9+270段，围岩破碎，现场已做初喷支护。9+270～9+323段，岩石也比较破碎，小节理断层明显增多，伴有渗水现象。9+323～9+370 47m波速再次降低，但幅度不大，推断该段岩体与前段相差不大，可能存节理破碎带或夹沙根据开挖情况和地质素描，在桩号9+360开始出现大的断层，且出现

夹泥情况，建议用“管超前、严注浆、短进尺、强支护、早封闭、勤量测”，施工中尤其注意拱顶塌落和滑塌，及时做好支护。涌水现象。从9+360开始采用超前锚杆、钢拱架和锚喷网等支护措施。由于孔深和探测基础数据的不规范，容易出现实际断层带和预测断层带想差别现象。

5、结论

通过对隧道的地质超前预报观测发现，任何一种地质超前探测方法都有其局限性，想得到一个准确的探测结果绝非易事。隧道地震波预报是物探检测中难度比较大，技术比较复杂的工作，同时要加强与施工地质的配合工作，应用中注意物探解释与地质相结合，做到不断总结和提高。对于岩溶发育和富水区的隧道地质超前预报工作，务必结合探水预报等技术，做到综合预报，确保隧道施工的安全。总的来说，采用TGP超前地质探测仪进行超前地质预报，预报距离相对较长，对大的构造带预报准确，反应明显，另外对软硬围岩分界点有较好的判断。

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TU75

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1007-6344（2015）08-0235-02