TSP203技術在鐵路隧道工程中的應用
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1TSP（tunnelseismicprediction）203技術概述
TSP203技術就是采用波的形式來探測巖層結構，波從一激發(fā)點傳播經不同的巖層以折射或反射的方式再返回到接收點，以此可以反映出不同的波速，從而就能反映不同的地質條件。波的生成主要靠炸藥爆破產生的振動波，接收則是由傳感器控制的。從波速與巖層密度的關系；當巖層含水時爆破得到橫向波就會消失，因為水無抗堿性，這樣應用公式就會勘探出巖層是否含有水。因此，實際施工過程中，為了保證隧道各項施工的安全性，避免在挖掘時出現(xiàn)塌方或者海水倒灌等情況，可以積極的利用TSP203技術進行相應的地質預報，以獲得更多有用的信息，更好的指導具體的施工。
1.2TSP203技術原理分析
TSP是一種多波多分量地震反射法，具有較高的分辨率。在不均勻地質體中，地震波會產生不同的反射波特。而基于這一情況，便可以利用TSP203技術技術對隧道掘進面的周邊以及前方等區(qū)域的地質狀況進行分析和預報，達到超前預報的目的。應用過程中，按照實際情況和預報的需要，合理的設置震源點。然后，在震源點利用少量的炸藥獲得地震波。地震波產生之后，在傳播的的過程中會遇到不同的巖石波阻抗差異界面，于是，地震信號一部分會發(fā)生反射，另一部分則會發(fā)生透射作用，進入前方的介質之中。利用具有較高靈敏度的檢波器接收反射回來的地震信號，并利用TSPwin軟件進行處理，便可以得到相應的地質信息。工作人員通過對這些信息進行分析，便可以對各種不良地質體的具體性質予以全面的了解。實際施工過程中，通過工程物探與地質分析方法相結合是方式，對復雜地質條件下隧道進行現(xiàn)場探測，確定斷層、破裂帶、含水帶等不良地質現(xiàn)象的識別模型、巖體結構特征和物性參數(shù)特征，采用隧道綜合超前預報技術，可以顯著提高不同地區(qū)復雜地質條件下隧道綜合地質超前預報的準確率。
1.3TSP超前地質預報目的分析
1）對施工前期階段的勘查結果予以進一步明確，了解是否存在未被探明的重大地質問題，進一步提高施工的針對性和安全性。
2）對可能出現(xiàn)的地質災害進行分析，減少施工過程中各種災害的出現(xiàn)，提高隧道施工的安全水平。
3）為隧道施工提供可靠的信息和資料，提高隧道動態(tài)設計的科學性，提高施工的效率和效果。
4）為隧道長期安全運營提供所需的各項基礎資料。
2.1工程概況
1）工程名稱：嚴家塔隧道。
2）工程位置：黃土梁峁區(qū)。
3）基本情況：地形起伏較大，多開辟為耕地，隧道進口里程改MDI-IK45+645.24，出口里程改MDIIK47+400，全長1754.76米，其中黃土V級594.76米，IV級750米，III級410米，隧道最大埋深155.43米。
4）隧道區(qū)情況：隧道區(qū)地層為第四系上新統(tǒng)坡洪積新黃土，中更新統(tǒng)洪積老黃土第三系粉質粘土，粗圓礫土，二疊系上統(tǒng)砂巖級泥巖，土壤最大凍深1.04米。工點范圍內特殊巖土為：濕陷性黃土、膨脹巖。工程范圍內不良地質主要有坡面溜坍、錯落、滑坡等。
2.2TSP技術的具體應用
1）TSP超前探測內容為：在施工之前，對節(jié)理密集地段、地層軟硬相間、不同巖性接觸帶、富水段、淺埋地段等進行重點探測。
2）TSP203plus超前地質預報系統(tǒng)的組成為：a.記錄單元。b.地震波接收。利用三分量加速度地震檢波器對地震波進行接收，具有靈敏度高、操作范圍大等特點。其中，頻率范圍為0.5～5000Hz，操作溫度范圍為0℃～65℃，靈敏度為1000mV/g±5%，共振頻率9000Hz，橫向靈敏度＞1%。c.數(shù)據(jù)采集與處理。利用TSPwin軟件對得到的相關數(shù)據(jù)進行處理，獲得所需信息。
3）測線布置情況：在設置炮孔的時候，孔深設為1.5m，數(shù)量設為24個，直徑設為38mm，離地高度設為1m左右。在設置炮孔位置的時候，要將其設置在隧道右邊墻，并合理的進行間距設置。其中，第一個孔和接收器之間的距離要保持在16m，剩余的不同炮孔之間均以1.5m為間距。在方向方面，為保證激發(fā)的時候水可以對炮孔予以封填，炮孔要保持沿軸徑向，并向下方傾斜一定的角度，角度保持在10~20°即可。接收器孔。位置：在隧道邊墻（面對掌子面），距離掌子面大約50m。數(shù)量：2個，隧道左、右邊墻各一個。直徑：φ43~45mm/孔深2m。布置：沿軸徑向，用環(huán)氧樹脂固結，向上傾斜10°左右。高度：離地面1m。
4）數(shù)據(jù)采集。在進行預報相關數(shù)據(jù)處理的時候，主要分為兩個部分，一部分是洞內的數(shù)據(jù)采集，另一部分是室內的數(shù)據(jù)分析、處理。a.鉆接收器孔一共為2個，具體情況如測線布置所示。b.鉆爆破孔一共24個，具體情況見測線布置。c.埋置接收器管：將環(huán)氧樹脂放入接收器孔中，然后將接收器管旋轉插入孔內，15分鐘后環(huán)氧樹脂、接收器管與周圍巖體就能很好地粘結在一起。d.裝藥：每爆破孔裝藥量大約75g（巖石2#乳化炸藥），具體進行裝藥的時候，要注意結合實際環(huán)境條件，按照圍巖的軟硬程度和完整破碎程度以及和接收器之間的位置關系等，合理的進行調整。e.聯(lián)線。f.放炮，并對相應的信號予以接收。g.拆除線路，并對使用的設備進行妥善清理。TSP203洞內數(shù)據(jù)采集部分具體情況如圖3所示。室內計算機分析處理。對數(shù)據(jù)進行完整采集之后，利用TSPwin軟件予以相應的分析和處理。具體來看，軟件處理涉及到多個步驟，主要包括數(shù)據(jù)設置和拾取處理以及反射波提取和提取反射層等步驟。其中，通過進行速度分析，可以實現(xiàn)對反射信號傳播時間的轉換，獲得相應的具體的距離信息。然后，結合隧道軸實際交角大小等數(shù)據(jù)信息，對反射層所對應空間位置予以明確。最后，按照分析結果對地質體質進行全面、科學的分析嗎，并得出最終的結果和結論。
5）數(shù)據(jù)分析。利用TSPwin軟件對獲得的數(shù)據(jù)進行處理，獲得相應的分析結果，包括不同反射層的能量大小和巖石各種物理力學參數(shù)、提取的反射層，以及深度偏移剖面等，另外，還可以獲得探測范圍內反射層的空間分布情況。提交資料室內分析處理一般在24小時內完成并可提交正式成果報告，報告一般包括如下內容：a.工作概況；b.探測的方法、設備及原理；c.測線布置；d.對測試結果的初步分析；e.結論。TSP報告中應附的成果圖表包括：a.現(xiàn)場數(shù)據(jù)記錄表；b.巖石參數(shù)曲線圖（橫坐標為里程）；c.二維結果圖（橫坐標為里程）；d.巖石參數(shù)表。通過對相關數(shù)據(jù)進行分析，可以為實際施工建設提供大量具有較高參考價值的數(shù)據(jù)信息。對合理指導施工、節(jié)約投資，縮短工期，降低安全風險起到重要作用。項目實施中，因提前預報了斷層破碎帶影響范圍、突泥涌水段等不良地質段，有效減少了塌方、突泥等造成的工程事故，保證了施工的安全、高效開展。
6）預計預報范圍。TSP203每次可探測100～200m，為保證預報結果的精確性，采用重疊方式進行預報。
3總結
隧道工程數(shù)量和建設規(guī)模越來越大，可能遇到的施工地質條件愈加復雜（如地質破碎帶、斷裂帶、卵石堆積層、溶洞、地下水體等)。為保證施工的安全性，施工地質超前預報受到參建各方的高度重視。通過本文的分析也不難發(fā)現(xiàn)，TSP技術功能強大，將其應用于鐵路隧道工程之中可以獲得良好的效果。可以更好的指導隧道全程施工，為優(yōu)化施工方案提供有效信息，有力地保障了工程質量，預防安全事故，提高了工程進度。但是，TSP方法是一個學習的過程，在隧道開挖的過程中要邊預測邊學習，將施工過程中觀察得到的數(shù)據(jù)反饋回來，對此方法進行不斷的修正。
作者：李虎虎 單位：中鐵二十局集團第二工程有限公司
