人工地震反射法在超前地质预报中的应用

人工地震反射法在超前地质预报中的应用（精选7篇）

篇1：人工地震反射法在超前地质预报中的应用

人工地震反射法在超前地质预报中的应用

超前地质预报关系到隧道施工的安全和进度.实践表明,采用基于人工地震反射法的TSP203超前预报系统(以下简称TSP203系统),并结合其它探测手段的`综合预报方案能较好的实现超前地质预报,并可兼顾隧道施工特点和成本.文中介绍了TSP203系统的基本工作原理,并通过该系统在大瑶山铁路隧道的应用实例,说明该系统在复杂地质条件下的具体应用情况.结合多年现场实际操作经验着重分析了预报误差产生的主要原因:客观上由于岩性和构造面本身的复杂性以及TSP203系统的局限性,该系统探测与隧道轴向大角度相交的近平面状的结构面较适合,小角度或者平行结构面则不适合,探测溶洞和地下水有较大难度;主观上与操作人员的运用水平密切相关.提出了提高数据采集精度以及结合实际地质情况和其它物探方法提高对反射体解释能力的建议.

作 者：闫小兵 周永胜 杨晓松 YAN Xiao-bing ZHOU Yong-sheng YANG Xiao-song 作者单位：中国地震局地质研究所,地震动力学国家重点实验室,北京,100029刊 名：地震地质 ISTIC PKU英文刊名：SEISMOLOGY AND GEOLOGY年，卷(期)：29(4)分类号：P315.3+1关键词：人工地震反射法 TSP203系统 隧道 预报精度

篇2：人工地震反射法在超前地质预报中的应用

TSP超前地质预报系统及其在隧道超前地质预报中的应用

本文分析了隧道施工过程中会常常遇见的一些问题;介绍了TSP超前地质预报系统及其工作原理;结合TSP超前地质预报系统在沪蓉西主干线扁担垭隧道现场应用阐述了其应用的可行性、合理性及其带来的经济性.

作 者：杜文哲 王磊 作者单位：深圳市南华岩土工程有限公司,广东・深圳,518020刊 名：科协论坛(下半月)英文刊名：SCIENCE & TECHNOLOGY ASSOCIATION FORUM年，卷(期)：2009“”(7)分类号：P2关键词：TSP 隧道 超前地质预报

篇3：人工地震反射法在超前地质预报中的应用

随着我国交通建设的快速发展, 隧道的建设规模和数量与日俱增, 同时, 隧道的建设技术水平也得到了很大提升[2]。由于我国的地域宽广, 各种地质条件复杂, 使得在隧道建设过程中遇到了多种多样的地质问题, 断层破碎带在隧道施工建设遇到的地质问题中占有很大的比例。隧道在穿越断层破碎带时, 施工事故时有发生, 导致人员伤亡, 影响施工进度, 预算增加[3]。如果对隧道建设中遇到的断层破碎带处理不当还会影响地表生态环境, 引发更大更长远的自然灾害。因此, 需对隧道建设过程中所可能遇到的地质问题进行主动的预防, 进行合理的超前地质预报显得尤为重要[4]。

从目前的工程实际中超前预报的应用来看, 主要的隧道超前地质预报方法有:地质法 (掌子面地质素描) 、超前水平导坑法、地球物理探测预报法 (主要包括地震法和电磁法等, 其中地震法的使用最为普遍, 它包括地质雷达法、TSP、TGP、SHP、负视速度法等方法) [5]。地质雷达法和TSP法在工程实践中应用的最为广泛。究其原因, 首先从效率方面来看, 地质雷达法和TSP法的预报距离都较长 (地质雷达的预报有效距离为25~30 m, TSP的预报有效距离为100~150 m) , 先比其他方法更可减少对隧道施工的影响, 还有一个很重要的原因是地质雷达法和TSP法都经过国外和国内大量工程实际检验, 技术比较成熟, 预报的精度较高。本文着重介绍地质雷达法。

2 地质雷达测试法的原理和探测方法

地质雷达的探测原理从通常意义上讲就是利用电磁波的传播来对不同的目标体进行检测, 通过特定的发射仪器向探测体发射雷达波, 根据被探测体的物理特性的不同, 设定不同的参数, 进而根据弹射回来的雷达波的波形、强度等一系列不同, 对被检测体的结构、几何形体等进行具体分析[5]。

在地质雷达探测预报中, 电磁波在不同的介质中传播, 得到不同的反射图像以及反射振幅, 并以此作为分析的依据。电磁波为横波, 在不同的介质中传播时, 即使是同频率的电磁波其传播速度也会不同。电磁波由电矢量和磁矢量组成, 它们两者是相互垂直的, 介质对其具有吸收作用。当电磁波在不同的介质中传播时, 所产生的折射、反射、透射、散射等现象直接影响地质雷达对其的接收情况。相对介电常数的变化直接影响电磁波的反射系数, 而反射系数的正负决定反射波振幅的走向[5]。

因此, 当被检测体的组织结构发生变化时, 多得到的地质雷达图像便会发生非常明显的变化。如果被检测体出现空洞、裂缝、不密实、钢筋间距等问题时, 都会在地质雷达图形上显现出来。地质雷达还可以用来对断层、溶洞等各种各样的地质情况进行检测。除此之外, 地质雷达还可以用来检测混凝土的厚度以及混凝土中的钢筋分布情况、隧道建设中的衬砌内的超挖欠挖情况, 在市政管网建设方面, 地质雷达也可以起到积极的检测作用。

3 中南通道新弹音4 号隧道超前地质预报

中南通道新弹音4 号隧道进口地质雷达检测是对隧道掌子面进行检测, 预报其向前25 m距离内的地质情况。首先对图像进行了掉头处理, 而后进行水平、垂直滤波, 滤波值分别定位150 MHz和200 MHz。检测之前把该隧道的介电常数暂定为8, 测量结束后, 根据地质雷达电磁波在此中的传播速度和实际地质情况, 把该隧道的介电常数修正为7.5。图1 为中南通道新弹音4 号隧道进口地质雷达检测图像。

隧道掌子面的岩石因受到地质风化作用, 由于地质构造的影响, 导致岩体破碎为碎石状松散结构, 比较易破碎, 岩体完整性一般, 开挖后暴露个别部位易失稳形成掉块和塌方, 影响隧道施工安全。地质雷达雷达反射波较弱, 波幅较稳定;在DK119+545出的雷达图像上发现异常, 此处距掌子面15 m, 根据图形形状、变形大小、掌子面情况以及以往经验判断, 此处存在小规模空洞。

4 朝家山1 号隧道的超前地质预报分析

4.1 工程概况

隧道位于青海省民和县, 穿行于低中山体中, 属黄土高原中温带亚湿润气候区, 年平均气温为8.9℃, 其中最热月平均气温20℃, 最冷月平均气温-6.2℃, 极热温度37.2℃, 极冷温度-22.2℃。年平均降雨量331.6 mm、蒸发量1 735.5 mm, 冻土深度最大108 cm[2]。

进出口两端低洞身部位高, 地形起伏大, 山体植被发育较差, 山体两侧坡度差异较大, 上覆为第四系风积砂质黄土、冲积砂质黄土, 下部有基岩。

隧道经过区域的地层主要为第四系全新统冲积砂质黄土、滑坡堆积砂质黄土。根据勘察地质资料, 地层上更新统砂质黄土、下伏夹有部分砂岩的白垩系下统泥岩基岩层。

隧道受如加里东期和燕山期构造形迹等多种地质构造影响, 褶皱、断裂和破碎断层带较为发育, 由此产生的裂隙导致围岩失稳, 破碎的岩石再受到地下水的挤压, 最终形成含水层。

现场勘察阶段主要发现有2 处较大的黄土滑坡。其中位于DK72+968 处的最为典型, 为了保证隧道的安全施工和后续的安全运行, 预防隧道的施工存在的极大不确定因素和安全隐患, 设计方及施工方决定对隧道进行超前地质预报。

实际在后期现场施工时, 在隧道施工掘进到DK72+969 时, 隧道的掌子面出现异常, 隧道周边的围岩变得支离破碎, 整体性极差, 极其吻合的符合了对隧道掌子面进行地质雷达检测的预测结果。现就当时的测量情况进行说明。

4.2 测量仪器及参数:

采用美国SIR-3000 高精度探地雷达, 仪器天线频率为100 MHz、扫描率为100扫描/秒、采样率为512 样点/扫描, 仪器的预报距离为25 m。

4.3 测线布置方式

测线共布置5条侧线, 总里程56m。具体布置如图2所示:

4.4 测试结果

首先根据勘察设计的地质资料, 了解此地段主要为砂岩、膨胀岩, 本地区的地质构造运动比较活跃, 而且在此次测试的掌子面处的岩体破碎, 整体不稳, 故可基本判断此处可能有断裂构造出现。随后按照根据第四章介绍的地质雷达操作规程, 做好现场的准备工作, 排除某些物体的干扰因素, 如大型机械、风枪、喷锚等的影响, 然后采用超前地质雷达对隧道的掌子面进行监测, 最后进行数据进行处理, 处理结果如图 (以测线1为例) [2]。

如图3, 现场实测的原始数据图主要为线扫描显示模式和波形显示模式。结合现场实际情况, 考虑到施工中钢筋、台车等大型施工仪器影响, 我们将介电常数按规范修订为7.0, 按照地质雷达的分析解译步骤进行逐步处理。对图像进行滤波处理、深度变换参数修订等一系列处理步骤 (图4) , 最终分析得到隧道的Wiggle模式图形 (图5) 。

众所周知, 电磁波的能量在完整的界面匀速进行传播, 在进入断层破碎带后会形成时间延迟.因为此时的岩层整体性差、规则不完整, 雷达信号到此会产生漫反射, 在图形上就会显示为有一定持续的宽度。很明显, 看隧道掌子面的前方5 m的区域处wiggle模式波形发生异常的突变, 因此我们分析很可能是由于雷达波从完整界面进入断层破碎带界面导致。

无论是图3、图4 的各个处理过程, 以及图5 的wiggle模式结果显示, 我们都可以看出, 在隧道掌子面的前方5m处出现异常反应, 由于仪器的有效测试距离为25m。因此在5-25m范围内雷达反射波波形非常杂乱, 同相轴错乱不连续, 局部振幅较大, 雷达反射信号明显, 目标体对雷达波的吸收作用明显。结合地质勘察资料和区域地质情况, 隧道在此处的围岩较为破碎, 存在断层破碎带的可能性非常大。

结合上述结果, 施工现场制定了隧道开挖到此处前后10m处, 机械掘进过程中采取专项安全措施, 开挖前采用超前管栅支护。缩小每次的进入尺寸, 留核心土, 降低爆破强度, 开挖的同时加强支护。尤其在接近DK72+968时, 实行边开挖支护, 开挖紧跟支护, 开挖后及时进行喷护封闭。根据实际情况调整开挖进度和逐步增强支护方案。

后经现场实际开挖证实, 该地段属于强风化破碎带, 以裂岩、角砾岩和糜棱岩为主, 夹有大量断层泥。预报为断层破碎带的区域是一个塌陷的淘金洞, 位置与隧道走向斜交, 此处的岩层产状非常凌乱, 这与测试时此处的波形突然发生变化非常吻合。上述施工方案在最大的限度上防止了隧道掌子面和拱顶极大的脱落、垮塌可能性, 是一次非常典型的、成功的超前地质预报知道施工的施工案例。

5 结论

通过地质雷达法在上述两处隧道的超前地质预测预报工作的运用, 可以得到如下结论:

(1) 地质雷达法预报测试结果与现场实际情况基本一致, 取得了良好的实践效果。

(2) 地质雷达探测技术是一种不断发展中的无损探测技术, 在短距离内对不良地质体的探测效果较好, 但是易受干扰因素的影响, 如何正确的识别并排除探测过程中的干扰因素、对雷达图像中的异常情况做出合理的解释, 就需要测试人员积累大量的实际经验。

(3) 雷达测试的过程中要格外重视区域地质资料, 对其中指出的可能存在不良地质体的地方要给予重视。因为要做好预报工作并不能单纯的依靠仪器分析, 更要结合实际情况。

参考文献

[1]李磊.常见浅基础形式的ANSYS仿真分析[J].河北:石家庄铁道大学学报, 2012, 03.

[2]罗安海.SIR高精度探地雷达在朝家山1号隧道超前地质预报中的应用[J].河北:国防交通工程与技术, 2012, 09.

[3]中华人民共和国行业标准.客运专线铁路隧道工程施工技术指南[S].北京:中华人民共和国铁道部, 2005.

[4]朱永全.隧道工程[M].北京:中国铁道出版社, 2007.

篇4：人工地震反射法在超前地质预报中的应用

超前地质预报在淘金山隧道施工中的综合应用

1 前言 向莆铁路淘金山隧道位于福建省沙县境内,设计为单洞双线.隧道全长8093m,洞身最大埋深252.77m,最大开挖断面145m2.该隧道为我指挥部地质条件较复杂的.隧道,为了有效防范并降低施工风险,做到隧道开挖支护为动态施工,通过采用综合超前地质预报手段,即地质素描法、超前水平钻孔法、TSP203法,以获取开挖面前方不良地质信息,便于及时调整隧道施工方案,指导隧道安全施工,避免发生地质灾害.经现场施工应用,预报工作取得了较好效果,基本满足了施工现场安全的要求.

作 者：余广胜 作者单位：南昌铁路局永安工务段刊 名：海峡科学英文刊名：CHANNEL SCIENCE年，卷(期)：2009“”(5)分类号：U4关键词：

篇5：人工地震反射法在超前地质预报中的应用

1 地震波隧道地质超前预报技术的预报原理及特点

隧道地质超前预报系统工作原理是在隧道围岩中以排列方式激发地震波, 地震波在向三维空间传播的过程中, 遇到声阻抗界面, 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, 这种反射波被布置在隧道围岩内的检波装置接收下来, 输入到仪器中进行信号的放大和处理, 实现拾取掌子面前方岩体中的反射波信息, 达到预报的目的。

2 公路隧道工程实例

2.1 卧牛山隧道

2.1.1 工程地质

地质岩性为下第三系砂岩、砾岩, 成岩性较差, 易风化, 遇水易软化, 属极软岩。岩体较完整, 节理不发育, 呈块状或中厚层状结构。

2.1.2 现场采集

测线布置里程为SK108+105至SK108+155, 激发孔的间距为2.0m, 共布置16个激发炮孔。

2.1.3 数据处理及成果

用现场采集的TGP地震波数据, 提取三分量P波、SH波和SV波原始波形图;计算检测布置段岩体参数为:纵波 (Vp) 速度为2860m/s;横波 (VS) 速度为930m/s;纵横波速度比为3.07;泊松比0.441;岩体动弹性模量为5650MPA;岩体动剪切模量为1961MPa。提取偏移与衰减成果、合成偏移成果、构造分布与产状成果等, 见图1。

根据数据处理成果及对隧道的地质分析, 做出如下结论:SK108+085～SK108+075、SK108+056～SK108+049、SK108+037～SK108+025、SK108+010～SK107+985段内纵波的反射很密集, 这说明在这些段落内节理裂隙发育, 是裂隙密集带, 围岩的一致性较差, 施工时极易掉块或发生小范围的坍塌, 同时也很容易造成超挖现象。

以上结果在施工过程中已经过验证, 预报结论与现场实际情况十分吻合。

2.2 石家山隧道

地质岩性为下第三系砾岩、泥盆系变质砂岩、粉砂岩组成, 成岩作用差;地下水主要为基岩裂隙水, 洞内可能出现线状流水或渗水、滴水现象, 局部可能有涌流现象。

2.2.1 石家山隧道前端

(1) 现场采集

预报检测时掌子面里程为XK109+821, 测线布置起讫里程为XK109+758-XK109+796, 激发孔的间距为2.0m, 共布置11个激发炮孔。 (注:此段存在短链XK109+829.98=XK110+000)

(2) 数据处理及成果

用现场采集的TGP地震波数据, 提取三分量P波、SH波和SV波原始波形图;计算检测布置段岩体参数为:纵波 (Vp) 速度为2710m/s;横波 (VS) 速度为830m/s;纵横波速度比为3.27;泊松比0.448;岩体动弹性模量为4463MPA;岩体动剪切模量为1541MPA。提取偏移与衰减成果、合成偏移成果、构造分布与产状成果等, 见图2。

根据数据处理成果及对隧道的地质分析, 做出如下结论:在XK110+004纵横波发生很强的反射, 幅度比远远大于0.1, 且纵波反射为负, 横波反向为正, 这说明在此位置存在大的构造界面, 两侧岩体发生大变化, 围岩由好变坏, 含水量由低向高变化, 岩体强度由高向低变化, 而在XK110+004至XK110+080段内未出现明显的纵波反射, 由此断定XK110+004至XK110+080段围岩相比掌子面含水量高, 强度低, 围岩极易变形, 在XK110+004处极易坍塌。

经过开挖证明XK110+004处左右围岩坍塌较为严重, XK110+004至XK110+080段岩体强度低, 收敛变形远远超过正常值, 达20cm。

2.2.2 石家山隧道后端

(1) 现场采集

预报检测时掌子面里程为XK113+345, 测线布置里程为XK113+345～XK113+378, 激发孔的间距为1.0m, 共布置24个激发点。

(2) 数据处理及成果

用现场采集的TGP地震波数据, 提取三分量P波、SH波和SV波原始波形图;计算检测布置段岩体参数为:纵波 (Vp) 速度为2740m/s;横波 (VS) 速度为1260m/s;纵横波速度比为2.17;泊松比0.366;岩体动弹性模量为9727MPA;岩体动剪切模量为3561MPA。提取偏移成果, 见图3、图4。

根据数据处理成果及对隧道的地质分析, 做出如下结论:XK113+322～XK113+290段内纵波存在明显的强正负反射, 幅值高, 正负强反射交替出现, 说明该段围岩存在较大、

较多地质构造界面, 且有很好的贯通性, 根据地质情况, 得出以下结论:节理裂隙及弱结构面发育, 岩体破碎, 推断此段围岩位于破碎带 (小断层) 上, 裂隙水发育, 围岩极易坍塌、渗水, 局部可出现涌水。

在现场施工过程中, 此段围岩发生坍塌, 渗水严重, 局部涌水, 超挖现象严重。

3 结束语

通过对石家山隧道及卧牛山隧道的地质超前预报, 可认识到:

(1) 有效应用地震波超前预报技术, 一定程度上为隧道施工实现安全、快速、高效施工提供了技术保障。

(2) 地质体的各向异性, 决定了单纯利用预报检测资料解释地质现象的多解性。因此在分析时要综合考虑多种因素影响, 采用地质理论综合进行分析推断。

(3) 丰富的预报经验和地质理论知识是地质预报准确、可靠的坚实基础。

摘要：本论述对地震波地质超前预报技术的原理和特点作了阐述, 结合工程实例介绍了地震波超前地质预报技术在公路隧道施工中的检测方法、数据处理方法、成果整理和预报效果评价。通过对宝天高速天水过境段石家山及卧牛山隧道的检测数据的分析, 结合现场现场施工, 针对不同的地质病害, 对地震波预报隧道地质病害的各种结果进行了剖析, 提出了笔者的见解和实践认知。

关键词：隧道,地质超前预报,地震波

参考文献

[1]赵永贵, 蒋辉, 赵晓鹏.TSP203隧道地震超前预报技术[J].周状分析与进展.公路隧道, 2010 (1) .

[2]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) .

篇6：人工地震反射法在超前地质预报中的应用

一、工程地质概况

阿克路隧道出口里程D1K61+480, 进口里程D1K53+035, 隧道全长8445米, 属特长铁路隧道。隧址区属构造剥蚀高中山地貌, 地面高程1641~2127m, 相对高差较大, 高山峡谷相间分布。地表上覆盖第四系滑坡堆积、坡残积土;下伏基岩侏罗系上统坝注路组紫红色砂岩;侏罗系中统花开左组泥岩夹砂岩, 紫红、灰紫色泥岩, 泥岩粉砂质结构, 厚层状, 紫红色砂岩, 中~细粒结构;三叠系上统麦初箐组紫红色、灰白色砂岩, 含煤线。地表水主要为沟槽沟水;地下水主要为第四系覆盖层孔隙水、基岩裂隙水及构造裂隙水。隧道主线穿越母子多背斜构造、母子多向斜构造以及地方拟建引水隧洞。区内不良工程地质主要为大古平断层带和阿克路断层带。

二、预测依据

《铁路隧道超前地质预报技术指南》铁建设[2008]105号。《关于报送隧道超前地质预报参考技术指南函》中铁二院大瑞函[2008]16号;《超前地质预报实施大纲》。

三、预测内容

(一) 预报掌子面前方围岩有无破碎岩层;

(二) 预报掌子面前方围岩有无不良地质体; (三) 预报掌子面前方围岩有无突水、突泥的可能; (四) 预报掌子面前方有无断层破碎带及其含水性。

四、预测原理

(一) TRT6000地震波三维超前地质预报系统方法原理。

TRT6000采用的是地震波超前预报法。这种技术的原理在于当地震波遇到声学阻抗差异 (密度和波速的乘积) 界面时, 一部分信号被反射回来, 一部分信号透射进入前方介质。声学阻抗的变化通常发生在地质岩层界面和岩体内不连续界面。反射地震信号被高敏度地震信号传感器接收, 通过信号处理和分析, 用来了解隧道工作面前方地质体的性质 (软弱带、破碎带、断层、含水带等) , 位置及规模。正常入射到边界的反射系数计算公式为:。假设R为反射系数, ρ为岩层的密度, v等于地震波在岩层中的传播速度。地震波从一种低阻抗物质传播到一个高阻抗物质时, 反射系数是正的;反之, 反射系数是负的。TRT6000采用层析扫描成像技术, 形成立体、直观的三维立体图, 立体图的反射边界每一点离散图像是由空间叠加所有地震波形计算得来。

(二) 探测仪器设备。

采用TRT6000超前地质预报系统, 它是由美国C-ThruGruound工程有限公司开发, 采用层析扫描成像技术获得隧道前方的全息图, 代表国际上隧道超前地质预报领域最领先的技术水平。系统主要组成及其技术特性:TRT6000记录单元:接收器端口:9个;记录通道:24个;采样间隔:31、64、125、250、500、1000或2000μs;记录带宽:40~15000Hz;模数转换:32位;记录长度:16000采样数每通道;频率范围:10Hz—75000 Hz;测量精度:最好10cm。低频过滤:25, 35, 50, 70, 100, 140, 200, 280, 400Hz (降低传输距离和土的噪声) ;高频过滤:250, 500, 1000Hz (降低风噪) ;延迟:0~9999ms, 每毫秒调节;工作电压:直流12U;工作温度:0~70℃;电源:外接电源90-240伏交流, 50/60Hz;探测距离:软岩一般150m;硬岩一般300m。

五、TRT6000地震波三维超前地质预报系统探测方法

(一) 传感器的安装。

由于TRT系统需要得到的是地质情况的三维图, 需要安装的传感器较多, 在不同的部位共安装10个传感器 (如图1) 。安装过程简捷方便, 检测人员到现场安装即可, 不需要提前打炮眼 (较其它预报系统更安全、更节省人工费用) 。在距离最后一个震源点10m处开始布置传感器, 左右边墙各四个, 每隔5m (里程方向) 布置一个, 隧道中心线拱顶处布置2个。

(二) 震源布置:

在掌子面两侧布置震源, 两侧各布置两组, 每组沿竖向 (高程方向) 布置三个震源点, 每个震源点相差大约1m, 两组间隔2m (里程方向) 。击震点布置 (如图1) 在掌子面后的裸露的岩体 (或已到强度的初期支护) 上, 采用锤击即可, 不需要提前打炮眼。

(三)

接收器与孔壁的藕合必须紧密, 施测时隧道中应没有其它振动源。

(四) 数据处理。

采集的数据采用TRT6000专用软件进行处理。TRT数据处理流程由下面八个步聚组成:1、下载地震波数据和震源、传感器位置的坐标;2、设定地层成像区域和最佳精度 (节点数目) 的大小;3、设定滤波, 选取每个记录的直达波, 并计算地震波的平均波速;4、为所选区块构建地震波速度模型;5、为数据处理设定过滤参数;6、重复步聚1、4、5处理数据, 直到处理结果达到平衡, 噪音干扰衰减到足够小;7、设定背景 (比例、颜色代码) 来显示结果;8、审查和分析在岩层中探测到的异常的平面 (二维) 和立体 (三维) 绘图。

(五) 处理结果解释与评估。

采集的TRT数据, 通过TRT软件进行处理, 获得P波、S波波速, 地质层析扫描成像成果图 (见附图1) , 在成果解释中, 以P, S波资料, 地质层析扫描成像图为依据, 对现象进行解释如下:检测范围长度为150m;有效预测长度为120m, 里程为D2K61+230~D2K61+110;预测宽度中心线左右各20m, 高度为40m, 掌子面在图中的位置为30m, 本次勘测的主要反射区为10-50m, 中间主要为负反射, 反射图较完整, 前面和后面主要为正反射。从成因上看, D2K61+220~180处可能为宽40m的不连续软弱岩层及断层破碎带, 主要地质灾害是破碎带冒顶垮塌, 在施工过程中渗水量有可能增大。

六、地质调查与地质素描

(一) 地表基岩岩性。

阿克路隧道出口段出露侏罗系紫红色泥岩夹砂岩, 风化强度中等, 节理裂隙发育, 岩层走向NW310°、倾向NE40°、倾角28°, 主要节理走向NW300°、倾向SW210°、倾角70°。

(二) 隧道工作面素描。

1、阿克路斜井进去距隧道出口150m处, 掌子面青灰色砂岩与紫红色泥岩, 岩层走向NW320°、倾向NE50°、倾角83°, 主要节理走向SW195°、倾向SE1O5°、倾角61°, 节理裂隙发育;岩石裂隙张开, 被泥质填充, 厚约0.2-0.5cm, 在青灰色砂岩与紫红色泥岩的接触面可见宽约5~6m的断层破碎带。2、阿克路隧道工作面里程D2K61+230, 掌子面岩性侏罗系紫红、青灰色泥岩, 岩层走向NW330°、倾向NE60°、倾角55°, 岩体破碎、节理裂隙发育, 局部破劈理密集, 主要节理走向NW295°、倾向SW205°、倾角50°。上导发育一条走向为NW, 宽约0.6m的断层破碎带。

七、综合评价与建议

(一) D2K61+230~220 (10m) 段:

该段围岩等级为V级。该段围岩接近断层破碎带, 在施工过程中注意加强监护, 渗水量可能增大, 注意渗水量的监测和防护。

(二) D2K61+220~180 (40m) 段为不连续软弱岩层及断层破碎带:

隧道渗水量可能增大, 围岩等级为Ⅴ级。建议在该段施工过程中注意加强监护。通过断层破碎带时, 采用小进尺、勤支护的施工方法, 减少岩层的暴露时间、防止垮塌;采用爆破法掘进时, 严格掌握炮眼数量、深度及装药量, 以减少爆破震动对围岩的影响;在施工过程中隧道渗水量有可能增大, 注意渗水量的监测和防护。各施工工序的时间尽量缩短。

(三) D2K61+180~110 (70m) 段:

该段围岩等级为V级。该段围岩探测未发现大型不良地质构造, 要注意控制渗水对隧道施工的影响, 要加强支护, 特别要防止洞顶渗水, 引发掉块、塌方事故的发生, 防垮塌的同时注意监测洞内渗水量。

八、附图

勘测范围:长度为150m, 宽度中心线左右各20m, 高度为40m, 掌子面在图中的位置为30m。

大瑞铁路阿克路隧道出口超前地质预报工作完成后, 超前地质预报成果经过隧道现场施工作业得到了验证。目前, TRT6000地震波三纬超前地质预报系统已经在大瑞铁路一标段十四座隧道进行了超前地质预报并出具了预报成果, 总计预报里程9421米, 精确的预测预报在指导施工作业中发挥了作用, 得到了项目部和指挥部的认可。

摘要：针对长大复杂隧道, 地质条件勘察难度大, 其塌方、涌水突泥等突发性地质灾害将严重危及施工安全, 开展好隧道工程超前地质预测预报, 做到超前预判, 及时决策处理突发性地质灾害是工程建设成败的关键。作为代表国际上隧道超前地质预报领域最领先技术水平的TRT6000系统在大瑞铁路隧道工程施工中发挥了重要作用, 效果良好。

篇7：人工地震反射法在超前地质预报中的应用

一、地质雷达探测原理及方法

1. 探测原理。

地质雷达方法是指利用高频电磁波, 以脉冲形式通过发射天线定向地向地下发射。电磁波在地下介质中传播时, 当遇到存在电性差异介质的界面会发生反射, 返回地面后由接收天线接收, 并由采集系统以数字形式记录下来。通过处理采集数据, 可以获得时间或深度剖面;根据记录到的反射波的到达时间和求得的电磁波在介质中的传播速度, 可以确定反射界面或目标体的深度;同时根据反射波同向轴的形态及其振幅的相对强弱变化等因素, 可以判断目标体的性质及空间规模, 从而达到对地层或地下目标体的探测。地质雷达的工作原理如图1所示。

2. 探测方法。

测线主要布置在隧道掌子面上, 在探测过程中可采用两横两竖或一横三竖的布线方式, 必要时可加密雷达测线, 或在隧道开挖底板或侧壁布置雷达测线, 以增加雷达的原始数据信息量, 保证探测结果的准确性。

地质雷达测量通常采用点测和连测两种方式。点测法主要适用于隧道掌子面较为粗糙、凹凸不平的工作环境, 要求天线按固定的距离移动才能保证采集数据的剖面宽度与测线长度一致;连测方式是通过测距轮的滚动或预先设置好的时间间隔自动采集数据, 适用于较光滑的掌子面。由于隧道掌子面工作环境较差, 一般情况下均采用点测法。

二、工程应用实例

龙井隧道为贵州省思南至剑河高速公路中的一条公路隧道。隧道场区地处云贵高原向湘西丘陵及广西丘陵过渡的斜坡地带, 隧道主要穿越奥陶系下统大湾组 (Q1d) 泥灰岩、红花园组 (Q1h) 灰岩、桐梓组 (Q1t) 白云质灰岩。由于地质情况较为复杂, 查明隧道掌子面前方岩溶、岩体破碎带、节理裂隙密集带、地下水等不良地质非常重要。在龙井隧道的预报过程中, 采用美国GSSI生产的SIR20型地质雷达, 100 MHz主频天线, 采样点数为512, 采样窗口长400 ns, 介电常数、扫描率等参数根据隧道掌子面地质情况进行相应调整。下面, 笔者就龙井隧道预报实例简单介绍几个典型的地质情况。

1. 节理裂隙密集带。

节理裂隙密集带主要存在于断层影响带、岩脉带及软弱夹层中, 由于裂隙内有不同成分、不均匀的充填物, 与周边围岩形成电性差异。当雷达电磁波传播到裂隙表面时, 会产生较强的界面反射波, 同相轴的连续性反映了裂隙面是否平直、连续;在穿越裂隙的过程中会产生绕射、散射、波形杂乱、波幅变化大等现象, 反映了裂隙内充填物的不均匀性。在龙井隧道出口ZK88+220处掌子面进行探测时, 得到图2–a所示的雷达图像。从图中可以看出, 雷达波在ZK88+220-ZK88+233范围内反射较强, 反射波同相轴规整度较差, 且波形细碎、杂乱, 雷达波能量衰减也较快, 结合掌子面地质情况推测ZK88+220-ZK88+233里程段为节理裂隙密集带, 围岩稳定性差, 建议施工单位在本段施工时应谨慎掘进, 并做好加强支护。后经开挖验证, 该段岩体呈薄层状, 节理裂隙发育。该段发育状况如图2–b所示。

2. 岩溶。

岩溶是指地表水和地下水对可溶性岩石所进行的以化学溶解作用为主、机械侵蚀作用为辅的溶蚀作用, 以及侵蚀–溶蚀作用和与之伴生的堆积作用的总称。一般来说, 溶洞雷达图像特点是被溶洞侧壁的强反射所包围的弱反射空间, 溶洞底界面的反射则不太明显。当溶洞为空洞或充水时, 洞体内雷达波几乎是没有反射的;当溶洞充填覆盖物质时, 则可见一组较短周期的细密的弱反射, 这是由洞内土体所产生的。

在龙井隧道进口YK88+580处掌子面进行探测时, 得到图3所示的雷达图像。从图中可以看出, 雷达波在YK88+583-YK88+591里程段有一明显雷达波反射异常区, 该段雷达波反射较强, 并且衰减较慢, 反射区有明显边界。该段隧道穿越白云质灰岩地层, 结合现场掌子面地质情况和地勘资料, 推测YK88+583-YK88+591里程段发育一溶洞, 可能充水、充泥。后经开挖验证, 该段发育一溶洞, 充泥一般, 如图5所示。

3. 富水带。

隧道富水带是指含水量大, 开挖后可能产生涌水现象的段落。介电常数是雷达工作的基础, 水的相对介电常数为81, 水的电导率远高于隧道岩体, 预报中地质雷达对水特别敏感。一般情况下地质雷达探水有以下规律:雷达波对水和含水率高的介质的反射强烈, 反射波强度大;雷达波从其他介质到含水层界面的反射波相位与入射波相反;雷达波通过含水体后, 高频成分被吸收, 反射波的优势频率降低。在龙井隧道出口ZK88+310处掌子面进行探测时, 得到如图4所示的雷达波图像。从图中可以看出, 雷达波在掌子面前方ZK88+313-ZK88+323里程段衰减较快。结合隧道掌子面地质情况和地勘资料, 推测ZK88+313-ZK88+323里程段为富水带。后经开挖验证, 该段地下水发育, 呈线流状出水, 富水带如图4所示。

三、结论

1.

地质雷达应用于隧道地质预报过程中, 可准确探测到各种不良地质现象, 如岩体破碎带、节理裂隙密集带、地下水、岩溶等, 且分辨率较高, 能够为隧道安全施工提供可靠的依据。

2.

地质雷达的探测深度和探测精度受岩体性质影响较大, 围岩完整性越好, 探测深度和探测精度就越高。

3.

地质雷达在进行现场探测时, 易受施工现场干扰, 特别是开挖台车等金属物的影响。因此, 如何正确识别干扰, 从而得到准确的探测结果至关重要。

4. 隧道地质超前预报是地质勘察工作的延续和补充。