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TSP在隧道超前预报中的研究与应用

吕志强  
【摘要】:近年来,国民经济发展迅速,高速铁路、高速公路、城市轨道交通等工程大规模地建设,长大隧道数量也越来越多,隧道施工进度、隧道施工安全经常成为控制整个工程进展的瓶颈。为了保证隧道高效施工,避免盲目施工带来的突水、突泥、塌方等安全事故,减少经济损失,如何准确地了解掌子面前方不良地质情况成为迫切需要解决的问题。为此,各种隧道地质超前预报方法应运而生。其中,TSP地震反射波法是以地震反射波理论为基础,通过在隧道边墙用少量炸药激发产生地震波,向岩体内传播,当地震波遇到地层分界面、接力面,特别是断层破碎带和岩溶、暗河、岩溶陷落柱、淤泥带等不良地质界面时,一部分反射回来被传感器接收,另一部分透射进入前方介质继续传播,结合勘察设计资料、地质资料以及物探资料,综合分析反射波信号特性和岩石参数属性,即可找出掌子面前方不良地质体界面的位置、大小及产状。该方法探测精度高、探测距离远,能够探测隧道掌子面前方约100m~200m范围内的不良地质情况。 但是目前TSP地震反射波法在隧道施工超前地质预报中还有存在一些问题,最主要的问题就是对不良地质体的判读缺乏明确的解译标志,更多地依赖于经验;对于围岩的工程类别划分可靠性不够等。因此,目前的技术在理论分析、数据采集技术、预报准确性、可靠性方面还需进一步提高。 本文主要阐述了TSP地震反射波法的基本原理、TSP现场工作方法、TSP数据处理流程,并探讨了提高数据质量的可行性办法,最后结合典型工程实例,在前人的研究成果的基础上,初步建立了一套TSP在隧道超前预报中判定岩溶和断层破碎带两种典型不良地质体的反射波图像特征。取得的主要认识如下: (1)综合分析评价了目前各种隧道超前预报的方法,TSP法以地震波反射波法为基本理论,凭借反射波有效信息以及数值分析得到的岩石各属性参数值,快速准确地定位掌子面前方不良地质体的位置、大小及产状。大量工程实践表明,TSP系统在对岩溶和断层破碎带等不良地质体的探测中有明显的适用性和有效性。 (2)通过上百次的TSP现场数据采集经验,以及对TSP数据处理各步骤的分析,找到了提高数据质量的可行性办法,并在TSP数据处理过程中,对各方法原理加以研究与应用,使最终生成的二维成果图更加精确。 (3)将TSP系统应用于大瑞铁路、玉蒙铁路、沐新公路以及都汶高速公路,通过对二维成果图以及各参数变化的对比分析,在前人的研究成果的基础上,初步总结出一套TSP在隧道超前预报中对岩溶和断层破碎带判定的解译标志。


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