TGP206在王家坝隧道地质超前预报中的应用

兰　宇，王　杰

（1.重庆高速公路集团有限公司，重庆401121；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）

·隧道与建设工程·

TGP206在王家坝隧道地质超前预报中的应用

兰宇*1，王杰2

（1.重庆高速公路集团有限公司，重庆401121；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）

从全国范围隧道建设来看，隧道超前地质预报在隧道建设有着重大的作用。可以让工程设计人员对前方地质情况更加熟悉，更合理地进行后续的施工管理和组织。特别是对于工作人员的安全有着更大的意义，更大程度的体现“以人为本”的理念。因此着重介绍TGP206原理和方法，同时结合TGP在实际隧道建设的应用来证明其探测结果的可靠性。同时结合现场实际的探测结果也验证了TGP超前地质预报的准确性，可以指导后续施工。

TGP206；超前地质预报；王家坝隧道

1　概述

近几年来，全国兴起了建设大潮，隧道建设更是如火如荼。但同时不可忽略的是，隧道安全事故也频频发生。尤其在当下，新建隧道埋深更大、跨度更宽，其施工难度以及地质条件也变得更加复杂。在隧道建设中，各种地质问题也频繁出现，比如前方掌子面坍塌、溶洞、隧道突水等地质问题。这些问题严重威胁施工人员的安全以及制约施工进度。在此背景下，超前地质预报技术运用到实际中［1～2］，并取得较好的效果。结合在王家坝隧道使用TGP206，对地质超前预报作详细介绍。

2　工程背景

王家坝隧道全长1303m，隧道进口里程为DK487+ 837，出口里程DK489+140。双线隧道，线间距4.6m，设计为16.5‰的单面坡。最大埋深约85m，最小埋深35m，地面高程600～700m，地面自然坡度10°～30°。

隧区位于江油北—江油区间，为低山丘陵地貌。隧道洞身为侏罗系中统沙溪庙组泥岩夹砂岩，存在的不良地质为顺层偏压。隧道为低瓦斯隧道。

3　TGP206的方法和原理

3.1预报原理

地震波在岩土介质传播时，其传播时间与传播距离成正比。且地震波在穿越岩体的过程中，由于岩体性质和岩体界面的声阻抗等因素影响，地震波的能量也逐渐耗。所以TGP206在隧道地质超前预报的应用中，就是利用地震波在不均匀岩体的声阻抗界面产生反射波。通过仪器采集这些信息，并通过相关处理软件就能对隧道掌子面前方的岩体进行判断。同时辅以现场地质资料进行分析，更准确地对前方地质分析，达到地质超前预报的目的。而地震波就是通过将隧道边墙部位的钻孔安放炸药引爆，以此产生地震波。而钻孔通常是在洞壁一侧沿直线布置，数量一般为24个。炮孔接收孔的布置如图1所示。

图1　炮孔布置图

3.2预报方法

TGP206超前地质预报是在隧道掌子面附近的边墙布置接收孔和24个炮孔，在炮孔放少量炸药。逐孔引爆炸药，就产生地震波。当地震波在掌子面前方岩体中传播时，由于地质条件的复杂性，其声波阻抗不一致，会有一部分地震波反射过来，另一部分继续传播。这样，地震波传播的全过程就能够被洞孔两侧的接收孔接收。然后就可以通过主机软件进行处理和分析（图2）［3］。

图2　现场工作示意

4　TGP206在王家坝隧道中的应用

4.1掌子面地质情况

为准备此次隧道超前地质预报，需要对掌子面DK488+255出进行相应地质素描（见图3）。通过现场发现：此次掌子面围岩为泥岩夹砂岩，岩层产状为30°～70°，节理裂隙发育一般，掌子面附近有块状碎石；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Ⅳ级。具体围岩情况见图4。

图3　DK488+255掌子面素描

图4　DK488+255围岩情况

4.2数据采集

本次数据采集，掌子面里程DK488+255，预报里程范围为DK488+255—DK488+405（即预报掌子面前方150m）。在实际的现场操作中，预报的接收孔和炮孔的布置如下：炮孔布置在隧道的左侧后者右侧，第一个炮孔距离掌子面5～10m，炮孔间距为1.5m，接收孔距最后一个炮孔20m左右。左右各对称布置一个接收孔。采集时逐个激发，以便收集［4］。

4.3探测结果

将在隧道采集到的文件传输至计算机TGPwin软件，通过其对数据进行处理，可以得到同侧原始波形图、同侧绕射偏移图（图6）、同侧反射截面图（图7）和波速变化图（图8）［5-6］。

图5　现场地震波同侧原始波形图

图6　同侧绕射偏移图

图7　同侧反射截面图

图8　波速变化图

依据地质资料和隧道施工裸露的实际情况以及此次预报的纵波比速度分布图，可将本次预报里程段分为4个主要围岩变化分区段，这里结合图1～图4就各分段的围岩变化情况分析说明如下：

（1）DK488+255～DK488+270围岩段：纵波波速几无变化，横波波速有小幅波动，纵波绕射波呈现强烈冷暖交替变化，纵横波反射明显；推测该段围岩较掌子面变化不大，围岩岩性较好，节理较为发育，局部围岩较为破碎，在+265附近围岩较为破碎，施工时应提高警惕；地下水不发育。预报围岩级别为Ⅳ级，施工中注意+265附近围岩较破碎，施工中注意洞顶和边壁岩体掉落，注意施工安全，建议及时支护。

（2）DK488+270～DK488+304围岩段：纵波波速先下降后升高，横波波速出现小幅波动，纵横波反射明显，反射面较多，纵波绕射波呈现较为强烈的冷暖交替变化。推测此段围岩岩性相对前一段较差，围岩较为破碎，节理较发育；地下水不发育；在+284附近围岩岩性变化较大，在+290附近围岩岩性较差。预测围岩等级为Ⅳ级，施工中注意+284和+290附近的岩性变化，施工中注意安全，建议加强支护。

（3）DK488+304—DK488+340围岩段：纵波波速升高，横波波速有小幅波动，纵波波反射明显，横波无反射，纵波偏移绕射图呈现冷暖交替变化，但以暖色为主。推测该区段围岩较前一段变好，围岩整体性较好，节理发育一般，地下水不发育；在+317附近围岩相对较差，施工时要加强注意。预测围岩等级为Ⅳ级，施工中应注意岩块从洞顶和边壁掉落。

（4）DK488+340—DK488+405围岩段：纵横波波速几无变化，纵波局部出现较为明显的反射，横波反射不明显，纵波绕射波呈现较为均匀的冷暖变化，以暖色调为主。推测该区段整体岩性较好，局部节理较发育；+ 390和+400附近围岩较差，施工时应引起注意；地下水较不发育。预测围岩等级为Ⅳ级，施工中应注意+390 和+400附近围岩较差，注意施工安全。

5　现场实际情况分析

本预报段内围岩较好，未发现有重大地质病害，岩体主要以泥岩夹砂岩为主，此岩体强度一般，节理一般发育，地下水不发育，局部范围内隧道围岩比较破碎。本预报段内围岩级别为Ⅳ级。

6　结语

王家坝隧道以泥岩夹砂岩为主，地质变化较明显，地质情况也较为复杂。岩体较发育，在过程中，洞壁及拱顶容易出现掉块，围岩壁面也时常发生渗水、滴水等现象，在阴雨天气，此现象更为严重。因此在隧道施工中将TGP206作为地质超前预报的手段，可以对掌子面前方的地质有大概的了解，这对后续的施工计划、施工进度以及施工人员安全有着特别重要的意义。

［1］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.

［2］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.

［3］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.

［4］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）.

［5］赵新梅.TGP在云山隧道地质超前预报中的应用［J］.山西建筑，2014，40（15）：192-194.

［6］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.

Application of TGP206 for GeologicalAdvanced Prediction in Wangjiaba Tunnel

LAN Yu1，WANG Jie2
（1.Chongqing Expressway Group Co.，LTD，Chongqing，401121，China；2.The Key Laboratory of Traffic Tunnel Project Education Ministry，Southwest Jiaotong University，Chengdu Sichuan 610031，China）

The tunnel geological advanced prediction has a major role in nationwide tunnel construction.It can allow engineers tomore familiar with the geological situation ahead，more reasonable to follow up the construction management and organization，especially for the safety of the staff has a greater significance，to a greater extent for the concept of"people oriented".So this paper focuses on the principle and method of TGP206，and proves the reliability of the detection result with the application of TGP in the construction of actual tunnel.Meanwhile the actual detection results also verify the accuracy of the TGP geological prediction which has a guide to follow-up construction.

TGP206；geological advanced prediction；Wangjiaba Tunnel

U45

B

1004-5716（2016）05-0190-04

2015-04-29

兰宇（1979-），男（汉族），四川自贡人，高级工程师，现从事公路工程方面的管理、咨询工作。