蘭　宇，王　杰

（1.重慶高速公路集團(tuán)有限公司，重慶401121；2.西南交通大學(xué)交通隧道工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川成都610031）

·隧道與建設(shè)工程·

TGP206在王家壩隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)中的應(yīng)用

蘭宇*1，王杰2

（1.重慶高速公路集團(tuán)有限公司，重慶401121；2.西南交通大學(xué)交通隧道工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川成都610031）

從全國范圍隧道建設(shè)來看，隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)在隧道建設(shè)有著重大的作用。可以讓工程設(shè)計(jì)人員對(duì)前方地質(zhì)情況更加熟悉，更合理地進(jìn)行后續(xù)的施工管理和組織。特別是對(duì)于工作人員的安全有著更大的意義，更大程度的體現(xiàn)“以人為本”的理念。因此著重介紹TGP206原理和方法，同時(shí)結(jié)合TGP在實(shí)際隧道建設(shè)的應(yīng)用來證明其探測(cè)結(jié)果的可靠性。同時(shí)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的探測(cè)結(jié)果也驗(yàn)證了TGP超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性，可以指導(dǎo)后續(xù)施工。

TGP206；超前地質(zhì)預(yù)報(bào)；王家壩隧道

1　概述

近幾年來，全國興起了建設(shè)大潮，隧道建設(shè)更是如火如荼。但同時(shí)不可忽略的是，隧道安全事故也頻頻發(fā)生。尤其在當(dāng)下，新建隧道埋深更大、跨度更寬，其施工難度以及地質(zhì)條件也變得更加復(fù)雜。在隧道建設(shè)中，各種地質(zhì)問題也頻繁出現(xiàn)，比如前方掌子面坍塌、溶洞、隧道突水等地質(zhì)問題。這些問題嚴(yán)重威脅施工人員的安全以及制約施工進(jìn)度。在此背景下，超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)運(yùn)用到實(shí)際中［1～2］，并取得較好的效果。結(jié)合在王家壩隧道使用TGP206，對(duì)地質(zhì)超前預(yù)報(bào)作詳細(xì)介紹。

2　工程背景

王家壩隧道全長1303m，隧道進(jìn)口里程為DK487+ 837，出口里程DK489+140。雙線隧道，線間距4.6m，設(shè)計(jì)為16.5‰的單面坡。最大埋深約85m，最小埋深35m，地面高程600～700m，地面自然坡度10°～30°。

隧區(qū)位于江油北—江油區(qū)間，為低山丘陵地貌。隧道洞身為侏羅系中統(tǒng)沙溪廟組泥巖夾砂巖，存在的不良地質(zhì)為順層偏壓。隧道為低瓦斯隧道。

3　TGP206的方法和原理

3.1預(yù)報(bào)原理

地震波在巖土介質(zhì)傳播時(shí)，其傳播時(shí)間與傳播距離成正比。且地震波在穿越巖體的過程中，由于巖體性質(zhì)和巖體界面的聲阻抗等因素影響，地震波的能量也逐漸耗。所以TGP206在隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)的應(yīng)用中，就是利用地震波在不均勻巖體的聲阻抗界面產(chǎn)生反射波。通過儀器采集這些信息，并通過相關(guān)處理軟件就能對(duì)隧道掌子面前方的巖體進(jìn)行判斷。同時(shí)輔以現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)資料進(jìn)行分析，更準(zhǔn)確地對(duì)前方地質(zhì)分析，達(dá)到地質(zhì)超前預(yù)報(bào)的目的。而地震波就是通過將隧道邊墻部位的鉆孔安放炸藥引爆，以此產(chǎn)生地震波。而鉆孔通常是在洞壁一側(cè)沿直線布置，數(shù)量一般為24個(gè)。炮孔接收孔的布置如圖1所示。

圖1　炮孔布置圖

3.2預(yù)報(bào)方法

TGP206超前地質(zhì)預(yù)報(bào)是在隧道掌子面附近的邊墻布置接收孔和24個(gè)炮孔，在炮孔放少量炸藥。逐孔引爆炸藥，就產(chǎn)生地震波。當(dāng)?shù)卣鸩ㄔ谡谱用媲胺綆r體中傳播時(shí)，由于地質(zhì)條件的復(fù)雜性，其聲波阻抗不一致，會(huì)有一部分地震波反射過來，另一部分繼續(xù)傳播。這樣，地震波傳播的全過程就能夠被洞孔兩側(cè)的接收孔接收。然后就可以通過主機(jī)軟件進(jìn)行處理和分析（圖2）［3］。

圖2　現(xiàn)場(chǎng)工作示意

4　TGP206在王家壩隧道中的應(yīng)用

4.1掌子面地質(zhì)情況

為準(zhǔn)備此次隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，需要對(duì)掌子面DK488+255出進(jìn)行相應(yīng)地質(zhì)素描（見圖3）。通過現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)：此次掌子面圍巖為泥巖夾砂巖，巖層產(chǎn)狀為30°～70°，節(jié)理裂隙發(fā)育一般，掌子面附近有塊狀碎石；掌子面附近無明顯地下水發(fā)育特征，現(xiàn)場(chǎng)初步判定圍巖級(jí)別為Ⅳ級(jí)。具體圍巖情況見圖4。

圖3　DK488+255掌子面素描

圖4　DK488+255圍巖情況

4.2數(shù)據(jù)采集

本次數(shù)據(jù)采集，掌子面里程DK488+255，預(yù)報(bào)里程范圍為DK488+255—DK488+405（即預(yù)報(bào)掌子面前方150m）。在實(shí)際的現(xiàn)場(chǎng)操作中，預(yù)報(bào)的接收孔和炮孔的布置如下：炮孔布置在隧道的左側(cè)后者右側(cè)，第一個(gè)炮孔距離掌子面5～10m，炮孔間距為1.5m，接收孔距最后一個(gè)炮孔20m左右。左右各對(duì)稱布置一個(gè)接收孔。采集時(shí)逐個(gè)激發(fā)，以便收集［4］。

4.3探測(cè)結(jié)果

將在隧道采集到的文件傳輸至計(jì)算機(jī)TGPwin軟件，通過其對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，可以得到同側(cè)原始波形圖、同側(cè)繞射偏移圖（圖6）、同側(cè)反射截面圖（圖7）和波速變化圖（圖8）［5-6］。

圖5　現(xiàn)場(chǎng)地震波同側(cè)原始波形圖

圖6　同側(cè)繞射偏移圖

圖7　同側(cè)反射截面圖

圖8　波速變化圖

依據(jù)地質(zhì)資料和隧道施工裸露的實(shí)際情況以及此次預(yù)報(bào)的縱波比速度分布圖，可將本次預(yù)報(bào)里程段分為4個(gè)主要圍巖變化分區(qū)段，這里結(jié)合圖1～圖4就各分段的圍巖變化情況分析說明如下：

（1）DK488+255～DK488+270圍巖段：縱波波速幾無變化，橫波波速有小幅波動(dòng)，縱波繞射波呈現(xiàn)強(qiáng)烈冷暖交替變化，縱橫波反射明顯；推測(cè)該段圍巖較掌子面變化不大，圍巖巖性較好，節(jié)理較為發(fā)育，局部圍巖較為破碎，在+265附近圍巖較為破碎，施工時(shí)應(yīng)提高警惕；地下水不發(fā)育。預(yù)報(bào)圍巖級(jí)別為Ⅳ級(jí)，施工中注意+265附近圍巖較破碎，施工中注意洞頂和邊壁巖體掉落，注意施工安全，建議及時(shí)支護(hù)。

（2）DK488+270～DK488+304圍巖段：縱波波速先下降后升高，橫波波速出現(xiàn)小幅波動(dòng)，縱橫波反射明顯，反射面較多，縱波繞射波呈現(xiàn)較為強(qiáng)烈的冷暖交替變化。推測(cè)此段圍巖巖性相對(duì)前一段較差，圍巖較為破碎，節(jié)理較發(fā)育；地下水不發(fā)育；在+284附近圍巖巖性變化較大，在+290附近圍巖巖性較差。預(yù)測(cè)圍巖等級(jí)為Ⅳ級(jí)，施工中注意+284和+290附近的巖性變化，施工中注意安全，建議加強(qiáng)支護(hù)。

（3）DK488+304—DK488+340圍巖段：縱波波速升高，橫波波速有小幅波動(dòng)，縱波波反射明顯，橫波無反射，縱波偏移繞射圖呈現(xiàn)冷暖交替變化，但以暖色為主。推測(cè)該區(qū)段圍巖較前一段變好，圍巖整體性較好，節(jié)理發(fā)育一般，地下水不發(fā)育；在+317附近圍巖相對(duì)較差，施工時(shí)要加強(qiáng)注意。預(yù)測(cè)圍巖等級(jí)為Ⅳ級(jí)，施工中應(yīng)注意巖塊從洞頂和邊壁掉落。

（4）DK488+340—DK488+405圍巖段：縱橫波波速幾無變化，縱波局部出現(xiàn)較為明顯的反射，橫波反射不明顯，縱波繞射波呈現(xiàn)較為均勻的冷暖變化，以暖色調(diào)為主。推測(cè)該區(qū)段整體巖性較好，局部節(jié)理較發(fā)育；+ 390和+400附近圍巖較差，施工時(shí)應(yīng)引起注意；地下水較不發(fā)育。預(yù)測(cè)圍巖等級(jí)為Ⅳ級(jí)，施工中應(yīng)注意+390 和+400附近圍巖較差，注意施工安全。

5　現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況分析

本預(yù)報(bào)段內(nèi)圍巖較好，未發(fā)現(xiàn)有重大地質(zhì)病害，巖體主要以泥巖夾砂巖為主，此巖體強(qiáng)度一般，節(jié)理一般發(fā)育，地下水不發(fā)育，局部范圍內(nèi)隧道圍巖比較破碎。本預(yù)報(bào)段內(nèi)圍巖級(jí)別為Ⅳ級(jí)。

6　結(jié)語

王家壩隧道以泥巖夾砂巖為主，地質(zhì)變化較明顯，地質(zhì)情況也較為復(fù)雜。巖體較發(fā)育，在過程中，洞壁及拱頂容易出現(xiàn)掉塊，圍巖壁面也時(shí)常發(fā)生滲水、滴水等現(xiàn)象，在陰雨天氣，此現(xiàn)象更為嚴(yán)重。因此在隧道施工中將TGP206作為地質(zhì)超前預(yù)報(bào)的手段，可以對(duì)掌子面前方的地質(zhì)有大概的了解，這對(duì)后續(xù)的施工計(jì)劃、施工進(jìn)度以及施工人員安全有著特別重要的意義。

［1］張慶松，李術(shù)才，孫克國，等.公路隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)應(yīng)用現(xiàn)狀與技術(shù)分析［J］.地下空間與工程學(xué)報(bào)，2008，4（4）：766-771.

［2］宋先海，顧漢明，肖柏勛.我國隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)技術(shù)述評(píng)［J］.地球物理學(xué)進(jìn)展，2006，21（2）：605-613.

［3］吳正生.綜合地質(zhì)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方法在隧道工程中的應(yīng)用［J］.工程與建設(shè)，2011，25（6）：764-767.

［4］王曉川，盧義玉，夏彬偉等.超前地質(zhì)預(yù)報(bào)在大相嶺隧道施工中的應(yīng)用［J］.重慶大學(xué)學(xué)報(bào)，2009（10）.

［5］趙新梅.TGP在云山隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)中的應(yīng)用［J］.山西建筑，2014，40（15）：192-194.

［6］邱興友，郭新新，胥杰.TGP隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)儀在斷層破碎帶探測(cè)中的應(yīng)用［J］.工程與建設(shè)，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

蘭宇（1979-），男（漢族），四川自貢人，高級(jí)工程師，現(xiàn)從事公路工程方面的管理、咨詢工作。