TST12A地震反射波超前預(yù)報(bào)系統(tǒng)的應(yīng)用王胤佴磊（吉林大學(xué)建設(shè)工程學(xué)院，長春130026）摘要：在近幾年的隧道工程施工實(shí)踐中,利用TSP超前地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)進(jìn)行有效地預(yù)測預(yù)報(bào)掌子面前方的地質(zhì)情況,已經(jīng)得到國內(nèi)外隧道工程技術(shù)人員的廣泛的認(rèn)同。本文介紹了根據(jù)TSP的探測原理改進(jìn)的TST12A地震反射波超前預(yù)報(bào)系統(tǒng)在梅子關(guān)隧道工程實(shí)例的應(yīng)用情況,總結(jié)了TSP在應(yīng)用過程中優(yōu)點(diǎn)和不足之處,供設(shè)計(jì)人員和現(xiàn)場預(yù)報(bào)人員參考。關(guān)鍵詞：TST12A超前預(yù)報(bào)系統(tǒng)公路隧道引言過去的幾年,隧道施工技術(shù)有了長足的發(fā)展。在我國,隨著公路鐵路交通建設(shè)的發(fā)展以及西部大開發(fā)和南水北調(diào)工程的啟動(dòng),隧道工程數(shù)量越來越多,隧道的長度越修越長,隧道工程施工的速度越來越快,隧道的埋深也越來越大。伴隨著隧道工程的地質(zhì)條件越來越復(fù)雜,為了保證隧道施工安全和高效,超前地質(zhì)探測就顯得越來越重要。目前,常用的隧道長期(長距離)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的方法主要有地面地質(zhì)調(diào)查法,斷層參數(shù)預(yù)測法和TSP、HSP等儀器探測方法。各種預(yù)報(bào)手段和方法都有其各自的適用范圍和特點(diǎn),其中TSP探測是目前預(yù)報(bào)距離最長、適用范圍最廣、預(yù)報(bào)效果最好的超前預(yù)報(bào)手段和方法。TST12A地震反射波超前預(yù)報(bào)系統(tǒng)是根據(jù)TSP的探測原理、總結(jié)國內(nèi)外同類技術(shù)結(jié)合我國現(xiàn)實(shí)情況而改進(jìn)設(shè)計(jì)的，主要用于隧道開挖過程中掌子面前方巖體中各種結(jié)構(gòu)面空間位置探測，能長距離地預(yù)報(bào)隧道掌子面前方的地質(zhì)情況,如斷層破碎帶和其它不良地質(zhì)帶,作為一種新的地震探測方法,與其他預(yù)報(bào)方法相比,TST12A在準(zhǔn)確性和距離誤差方面具有一定的優(yōu)點(diǎn)。2．TST12A地震反射波超前預(yù)報(bào)基本原理2．1基本原理TST12A地震反射波超前預(yù)報(bào)系統(tǒng)是利用地震波在不均勻地質(zhì)體中產(chǎn)生的反射波特性來預(yù)報(bào)隧道掘進(jìn)面前方及周圍臨近區(qū)域地質(zhì)狀況的，如圖1。它是在掌子面后方邊墻上一定范圍內(nèi)布置一排爆破點(diǎn)，依次進(jìn)行微弱爆破，產(chǎn)生的地震波信號在隧道周圍巖體內(nèi)傳播，當(dāng)巖石強(qiáng)度發(fā)生變化，比如有斷層或巖層變化時(shí)，會造成一部分信號返回，界面兩側(cè)巖石的強(qiáng)度差別越大，反射回來的信號也就越強(qiáng)。反射回來信號的強(qiáng)度及傳送時(shí)間反映了相關(guān)界面的性質(zhì)、產(chǎn)狀、距接收點(diǎn)的距離。返回的信號被經(jīng)過特殊設(shè)計(jì)的接收傳感器接受轉(zhuǎn)化成電信號并進(jìn)行放大，根據(jù)信號返回時(shí)候的時(shí)間和方向，通過專用數(shù)據(jù)處理軟件處理，就可以得到巖體強(qiáng)度變化界面的方位。圖1預(yù)報(bào)系統(tǒng)原理圖2．2數(shù)據(jù)采集TST12A地震反射波超前預(yù)報(bào)分為洞內(nèi)數(shù)據(jù)采集和室內(nèi)計(jì)算機(jī)分析處理兩大部分，洞內(nèi)數(shù)據(jù)采集主要由接收傳感器、數(shù)據(jù)記錄儀以及起爆器三大部分組成。接收傳感器主要用來接受地震波信號；數(shù)據(jù)記錄儀是將接收傳感器收到的信號放大、模數(shù)轉(zhuǎn)換并進(jìn)行測量過程控制、信號數(shù)據(jù)記錄；起爆器主要是用來引爆電雷管和炸藥的。上述各部分的組合見圖2。圖2現(xiàn)場儀器組合圖2．3室內(nèi)計(jì)算機(jī)分析處理將洞內(nèi)采集的地震數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)上，應(yīng)用專用數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行地震波分析處理，它主要由下列三個(gè)程序塊組成：（1）數(shù)據(jù)庫部分，負(fù)責(zé)輸入、編輯和管理與數(shù)據(jù)采集有關(guān)的參數(shù)，將原來數(shù)據(jù)從小型數(shù)據(jù)記錄計(jì)算機(jī)傳輸?shù)绞覂?nèi)計(jì)算機(jī)上來。（2）震動(dòng)數(shù)據(jù)處理部分，將反射波信號從含有直達(dá)波信號的原始數(shù)據(jù)中提煉出來并對其進(jìn)行放大、濾波等一系列處理，以供下一步分析處理之用。（3）確定反射界面部分，分析軟件的最終結(jié)果是給出反射界面與隧道的相對位置、與隧道軸線的交角和距掌子面的距離。計(jì)算機(jī)分析分三個(gè)步驟進(jìn)行：波形處理、預(yù)報(bào)計(jì)算、預(yù)報(bào)輸出。3．工程應(yīng)用實(shí)例3．1康皮畈隧道工程地質(zhì)概況安徽六黃潛高速公路康皮畈隧道位于霍山縣單龍寺鄉(xiāng)塘后埂與李家灣之間,為左右分離式單向行車隧道。隧址區(qū)地貌屬于侵入侵蝕低山。海拔145.0～306.9m，相對高差約161.9，山頂渾圓，山勢較緩，地表植被發(fā)育；進(jìn)出段地形坡角25°～35°，出口段地形坡角20°～30°；山脊走向東西，隧道軸線與山脊走向大角度相交，隧道穿過山脊高程最大為238.9m，進(jìn)出洞口沖溝較發(fā)育。下伏基巖主要為安山巖及閃長斑巖，局部基巖裸露。地下水量貧乏，水文地質(zhì)條件簡單，對隧道圍巖影響不大。康皮畈隧道工程地質(zhì)概況及勘察斷面，見圖3。圖3工程地質(zhì)概況及勘察斷面圖3．2測試結(jié)果康皮畈隧道ZK54+225超前預(yù)報(bào)反射波時(shí)域曲線如圖4所示。圖4ZK54+225超前預(yù)報(bào)反射波時(shí)域曲線康皮畈隧道YK54+702超前預(yù)報(bào)反射波時(shí)域曲線如圖5所示。圖5YK54+702超前預(yù)報(bào)反射波時(shí)域曲線現(xiàn)掌子面前方30米左右（ZK54+255），有一異常帶，ZK54+255前方目前未見明顯異常。預(yù)計(jì)ZK54+255處異常帶即為F4斷層。現(xiàn)掌子面（K54+702）方28m左右有一斷裂帶，開挖至前方28m處斷裂帶時(shí)，過前方斷裂帶后巖體穩(wěn)定，未見其它異常。表1預(yù)報(bào)異常帶結(jié)果掌子面樁號與掌子面距離（m）巖性產(chǎn)狀與洞軸線夾角ZK54+255530凝灰質(zhì)角礫巖345°∠288°20°ZK54+700228安山巖300°∠344°36°預(yù)報(bào)結(jié)果與實(shí)際施工情況基本符合，超前預(yù)報(bào)為該隧道施工過程中遇到異常地質(zhì)情況并采取事前解決措施提供了很好的依據(jù)。4．結(jié)論綜上所述，TST12A地震反射波超前預(yù)報(bào)系統(tǒng)為隧道與地下工程準(zhǔn)確而快捷地預(yù)報(bào)掌子面前方100m范圍內(nèi)的地質(zhì)情況提供里強(qiáng)有力的工具，它不僅可以及時(shí)地為隧道的施工變更提供依據(jù)，而且大大地減少了因隧道施工塌方帶來的危險(xiǎn)性，保證了施工安全，減少了人員和機(jī)械的損傷，同時(shí)也帶來了很大的經(jīng)濟(jì)效益，這項(xiàng)技術(shù)可以認(rèn)為是隧道施工超前地質(zhì)預(yù)報(bào)領(lǐng)域的重大進(jìn)步。但是TST12A在實(shí)際工作中也存在較多問題,最主要的問題就是不良地質(zhì)條件的判讀缺乏明確的指標(biāo),更多依賴于經(jīng)驗(yàn),特別地質(zhì)專家的經(jīng)驗(yàn)。另外,對于與隧道走向近乎平行的斷裂帶、飽水帶,以及幾何形狀為圓柱體或圓錐體的溶洞等等,尚無法探測識別,這也將是下一步的研究工作重點(diǎn)。參考文獻(xiàn)：[1]劉志剛，趙勇.隧道隧洞施工地質(zhì)技術(shù)[M].北京:中國鐵道出版社，2001[2]魯光銀,朱自強(qiáng).TSP在公路隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)中的應(yīng)用研究[J].水文地質(zhì)工程地質(zhì)，2005，(2)[3]馮德益.地震波理論與應(yīng)用[M].地震出版社，1988，490-492Abstract：InrecentyearsthemethodofgeologicalpredictionbyTSPplaysanimportantroleinpredictionofthegeologicconditionforwallrockinthefrontofthetunnelface.Thismethodhasbeenveryapprovedbytheengineersathomeandabroad.ThispaperintroducesanadvancedproductTST12AimprovedbyTSP,anditsapplicationinMeiziguanTunnelproject.Intheend,itconcludessome