TGP206在庙子梁隧道地质超前预报中的应用

王正明，赵玉东

（1.中国中铁港航局集团有限公司，广东广州510660；2.西南交通大学交通隧道工程教育部重点实验室，四川成都610031）

TGP206在庙子梁隧道地质超前预报中的应用

王正明*1，赵玉东2

（1.中国中铁港航局集团有限公司，广东广州510660；2.西南交通大学交通隧道工程教育部重点实验室，四川成都610031）

介绍了TGP206超前地质预报系统的原理和使用方法，同时，结合庙子梁隧道，阐述了TGP206在隧道地质超前预报中的实用性和有效性。根据现场反馈的地质质料，TGP206超前隧道预报仪具有较好的准确性，能够有效地指导工程施工。

TGP206；超前预报；庙子梁隧道

1 概述

随着我国公路交通事业的发展，隧道工程的数量和长度明显增加，隧道工程的规模不断扩大，相应地质条件的复杂性和施工难度也不断增加[1]。对比其他工程，隧道工程具有隐蔽性、复杂性和不确定性等突出特点，在勘测阶段往往只能完成其中一部分，只能起到定性的或局部定量的评价，还有较大一部分地质工作，须伴随着隧道施工进行[2]。基于隧道施工的特殊性，超前地质预报技术被提出及应用[3-4]。物探法作为超前预报手段的一种，是最为常见的一种预报方法，其中主要以地震波法为主。本文结合在庙子梁隧道中采用的TGP206预报仪，对隧道地质超前预报进行介绍。

2 工程概况

庙子梁隧道全长5690.147m，隧道进口里程为D4K462+014，出口里程D4K467+704，最大埋深约220m。地面高程624～932m，相对高差308m。隧区位于四川龙门山北东向褶皱带之东翼与四川盆地边缘弧形构造带交界处，属构造侵蚀、风化剥蚀中低山区地貌，山岭成北东向展布。上覆第四系全新统坡洪积粉质黏土，坡残积粉质粘土；下伏基岩为侏罗系中统沙溪庙组上段泥岩夹砂岩。单斜构造。隧道围岩以软质岩为主，右侧岩体顺层易坍塌。

3 TGP206原理和方法

地震波预报采用TGP206型隧道地质超前预报系统（TGP即Tunnel Geology Prediction的英文缩写，以下简称TGP系统）。TGP系统是北京市水电物探研究所专门为隧道及地下工程施工超前地质预报研制开发的技术成果，已经经过国内著名隧道专家组评审，鉴定为具有国际先进技术水平[5]。

TGP隧道超前地质预报系统包括仪器主机、配件和处理软件3部分。

3.1 预报原理

隧道地震波超前预报是利用地震波在岩体传播过程中，在声阻抗界面会产生地震反射波，利用仪器设备采集隧道岩体中地震波传播的信息，通过相关处理系统进行数据处理，结合已有的地质资料综合分析，实现对隧道前方地质条件的推断，达到地质超前预报的目的。地震波震源一般采用小药量炸药在隧道边墙的风钻孔中爆炸产生，激发炮孔在洞壁一侧沿直线布置，一般采用24个炮孔。炮孔布置如图1所示。

图1 炮孔布置图

3.2 预报方法

对测线布置段和隧道掌子面岩体进行地质描述，并选择岩体相对完整的地段布置接收孔位置。

记录检波器接收孔、激发起止的炮孔的隧道里程，对于不等间距的炮孔要测量炮孔间距，记录隧道掌子面的里程；定向并耦合安置孔中三分量检波器；逐炮孔安置带有计时线的炸药卷，药量一般控制在60～120g；根据隧道岩体条件选择仪器采集参数：一般软岩条件采样率选择0.1ms，硬岩条件采样率选择0.05ms；通过选择采样点数的多少保证地震记录的长度不小于300～400ms。以上有关数据填写在TGP现场数据记录表中。而后进行逐炮地震波数据的采集工作，测量中要求隧道内具有安静的条件，有关的产生振动施工的项目需要暂时停止。现场工作示意图如图2所示。所有炮孔的数据采集完毕，在检查采集数据合格后结束现场测量工作。

图2 现场工作示意图

4 TGP206在庙子梁隧道中的应用

4.1 掌子面地质情况

通过在现场的观察发现：该掌子面围岩为泥岩夹砂岩，节理裂隙发育一般，掌子面附近无明显地下水发育特征，现场初步判定围岩级别为Ⅲ级。

4.2 数据采集

本次预报，掌子面里程桩号为D4K463+830，左右对称各布置一个接收孔，里程桩号为D4K463+769，激发孔布置在左侧，起止里程桩号为D4K463+789～D4K463+823.5，共24个，间距为1.5m。采集时逐个进行激发，完成采集。

4.3 探测结果

图3 掌子面围岩

本次预报范围为掌子面前方150m，即D4K463+ 830～D4K463+980。

将现场采集的资料传输至计算机，利用TGPwin软件对其进行处理，得到同侧原始波形图（如图4）、同侧绕射偏移图（如图5所示）、同侧反射截面图（如图6所示）和波速变化图（如图7所示）[6-7]。

图4 同侧原始波形图

图5 同侧绕射偏移图

根据隧道地勘资料与施工揭露的实际情况并结合本次预报得到的纵波比速度分布图可将本次预报里程段分为3个主要围岩变化分区段，结合各分段的围岩变化情况分析说明如下：

图6 同侧反射截面图

图7 波速变化图

（1）D4K463+830～D4K463+846围岩段，长度为16m。围岩较掌子面变化不大，围岩岩性较好，节理发育一般，局部围岩较为破碎，在+830～+840段围岩较为破碎，施工时应提高警惕；地下水不发育。预报围岩级别为Ⅲ级。

（2）D4K463+846～D4K463+916围岩段，长度为70m。该区段围岩变化较大，局部围岩破碎，节理较发育，地下水不发育；预测围岩等级为Ⅲ级，施工中应注意岩块从洞顶和边壁掉落。

（3）D4K463+916～D4K463+980围岩段，长度为64m。围岩完整性较好，地下水不发育，预报围岩等级为Ⅲ级。

5 现场实际状况对比分析

（1）D4K463+830～D4K463+850，泥岩夹砂岩，弱风化，岩体样本呈褐黄色，局部裂隙较为发育，围岩等级定为Ⅲ级。

（2）D4K463+850～D4K463+900，泥岩夹砂岩，强风化，岩体样本呈褐黄色、青灰色，总体裂隙较为发育，围岩等级定为Ⅳ级。

（3）D4K463+900～D4K463+980，泥岩夹砂岩，强—弱风化，岩体样本呈褐黄色、青灰色，局部地下水较为发育，围岩等级定为Ⅲ级-Ⅲ级差。

6 结语

庙子梁隧道以泥岩及砂岩为主，地质变化较为明显，岩石总体较破碎、拱部偶见掉块、局部小塌及围岩滴水等现象。隧道施工中，将TGP206超前预报仪作为主要地质预报手段，很好地预报了其地质变化情况。结合工程目前具体情况分析，预报结果基本能够满足实际施工需要。

[1]HE Chuan，WANG Bo.Research Progress and Development Trends of Highway Tunnels in China[J].Journal of Modern Transportation，2013,21(4):209-223.

[2]吴正生.综合地质超前地质预报方法在隧道工程中的应用[J].工程与建设,2011,25(6):764-767.

[3]宋先海,顾汉明,肖柏勋.我国隧道地质超前预报技术述评[J].地球物理学进展,2006,21(2):605-613.

[4]张庆松,李术才,孙克国,等.公路隧道超前地质预报应用现状与技术分析[J].地下空间与工程学报,2008,4(4):766-771.

[5]刘云祯.TGP隧道地震波预报系统与技术[J].物探与化探, 2009，33(2)：170-177.

[6]王晓川，卢义玉，夏彬伟，等.超前地质预报在大相岭隧道施工中的应用[J].重庆大学学报,2009（10）.

[7]邱兴友,郭新新,胥杰.TGP隧道地质超前预报仪在断层破碎带探测中的应用[J].工程与建设,2012,26(6):721-723.

U455.39

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1004-5716(2015)06-0193-03

2014-06-23

2014-07-03

王正明（1974-），男（汉族），安徽宁国人，工程师，现从事铁路、公路及港航方面的技术管理工作。