【文章內(nèi)容簡介】 彭家灣隧道主要以地質(zhì)調(diào)查法及長距離地質(zhì)預(yù)報（TGP）貫通正洞全隧道，洞口段80米范圍采用地質(zhì)雷達進行預(yù)報。 彭家灣隧道各里程預(yù)報方案里程預(yù)報等級TRT或TGP地質(zhì)雷達地質(zhì)調(diào)查法超前鉆孔DK412+810～DK412+890√√√DK412+890～DK413+345√√√曹家灣隧道曹家灣隧道主要以地質(zhì)調(diào)查法及長距離地質(zhì)預(yù)報（TGP）貫通正洞全隧道，洞口段80米范圍采用地質(zhì)雷達進行預(yù)報。 曹家灣隧道各里程預(yù)報方案里程預(yù)報等級TRT或TGP地質(zhì)雷達地質(zhì)調(diào)查法超前鉆孔DK414+935～DK415+015√√√DK415+015～DK415+260√√√夏家灣隧道夏家灣隧道主要以地質(zhì)調(diào)查法及長距離地質(zhì)預(yù)報（TGP）貫通正洞全隧道，洞口段80米范圍采用地質(zhì)雷達進行預(yù)報。 夏家灣隧道各里程預(yù)報方案里程預(yù)報等級TRT或TGP地質(zhì)雷達地質(zhì)調(diào)查法超前鉆孔DK417+761～DK417+841√√√DK417+841～DK419+014√√√石梯子隧道石梯子隧道主要以地質(zhì)調(diào)查法及長距離地質(zhì)預(yù)報（TGP）貫通正洞全隧道，洞口段80米范圍采用地質(zhì)雷達進行預(yù)報。 石梯子隧道各里程預(yù)報方案里程預(yù)報等級TRT或TGP地質(zhì)雷達地質(zhì)調(diào)查法超前鉆孔DK419+535～DK419+615√√√DK419+615～DK420+585√√√1芋兒溝隧道芋兒溝隧道主要以地質(zhì)調(diào)查法及長距離地質(zhì)預(yù)報（TGP）貫通正洞全隧道，洞口段80米范圍采用地質(zhì)雷達進行預(yù)報。 芋兒溝隧道各里程預(yù)報方案里程預(yù)報等級TRT或TGP地質(zhì)雷達地質(zhì)調(diào)查法超前鉆孔DK421+365～DK422+775√√√DK422+775～DK422+855√√√1沙溪壩隧道沙溪壩隧道主要以地質(zhì)調(diào)查法及長距離地質(zhì)預(yù)報（TGP）貫通正洞全隧道，洞口段80米范圍采用地質(zhì)雷達進行預(yù)報。 沙溪壩隧道各里程預(yù)報方案里程預(yù)報等級TRT或TGP地質(zhì)雷達地質(zhì)調(diào)查法超前鉆孔DK423+190～DK423+270√√√DK423+270～DK424+148√√√1仙女巖隧道仙女巖隧道主要以地質(zhì)調(diào)查法及長距離地質(zhì)預(yù)報（TGP）貫通正洞全隧道，洞口段80米范圍采用地質(zhì)雷達進行預(yù)報，承壓水段采用紅外探測。 仙女巖隧道各里程預(yù)報方案里程預(yù)報等級TRT或TGP地質(zhì)雷達地質(zhì)調(diào)查法超前鉆孔紅外探測DK425+953～DK426+033√√√DK426+033～DK431+506√√√DK431+506～DK431+586√√√DK429+900～DK430+300√√√√DK426+090～DK426+190√√√√ 綜合超前預(yù)報的工作流程要推動隧洞超前預(yù)報水平，提高預(yù)報準確度，就必須將地質(zhì)調(diào)查方法與多種物探方法有機結(jié)合起來，對地質(zhì)物探資料進行系統(tǒng)處理和綜合分析。其工作方法和主要內(nèi)容為： 1）收集、熟悉地質(zhì)資料了解工程區(qū)內(nèi)宏觀的地質(zhì)環(huán)境、大型構(gòu)造形跡的發(fā)育分布規(guī)律以及工程圍巖所處的具體構(gòu)造部位、巖體的結(jié)構(gòu)特征、節(jié)理裂隙發(fā)育程度、巖體完整性、巖石(體)強度、地下水狀態(tài)等；掌握全隧洞的地質(zhì)背景，指出存在的不良地質(zhì)問題和地段，還要知道各段圍巖的穩(wěn)定程度、可能發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的位置、規(guī)模、性質(zhì)和防治措施，目的在于保證隧洞施工設(shè)計、施工方法和措施能順應(yīng)地質(zhì)情況的變化適時做出調(diào)整和修改。 2）施工地質(zhì)編錄對已開挖洞段地質(zhì)狀態(tài)作詳細真實的描述，可作為超前預(yù)報的依據(jù)，該內(nèi)容包括巖性、巖石堅硬程度及完整情況、斷層及破碎帶、節(jié)理裂隙、地下水狀態(tài)、不良地質(zhì)現(xiàn)象等作編錄。 3）圍巖特性測試根據(jù)工程需要，對巖石物理力學特性進行補充測試，如巖石點荷載強度、巖石回彈值、巖體彈性模量、軟弱面剪切強度等，有時還應(yīng)進行初始地應(yīng)力和二次應(yīng)力場的測試等。上述數(shù)據(jù)是預(yù)報圍巖穩(wěn)定性的重要參數(shù)。 4）地球物理探測根據(jù)巖體不同物理性質(zhì)量測一定距離以內(nèi)的物理力學參數(shù)的變化，據(jù)此判斷出隧洞工作面前方的地質(zhì)情況。采用多種物探儀器進行超前探測，常用的物探方法有TRT三維成像、地質(zhì)雷達、TSP隧道超前地質(zhì)預(yù)報系統(tǒng)等技術(shù)。5）地質(zhì)物探綜合分析組成以地質(zhì)工程師為主物探及相關(guān)工程技術(shù)人員的施工地質(zhì)組，對上述地質(zhì)和物理探測資料進行整理和綜合分析，最后做出施工面前方不良地質(zhì)問題的預(yù)測預(yù)報。 超前地質(zhì)預(yù)報頻率對洞口段80米段，采用地質(zhì)雷達進行短期超前地質(zhì)預(yù)報，每20~30米探測預(yù)報一次，每次搭接0~5米。對進洞80米以上具備預(yù)報條件時，采用TGP/TSP進行中期超前地質(zhì)預(yù)報，原則上全長范圍內(nèi)平均每100米左右探測預(yù)報一次，每次搭接0~10米。當中、短期確定的重點不良地質(zhì)地段，可能有險情時，應(yīng)及時趕到現(xiàn)場確認地質(zhì)情況，做出臨兆預(yù)報或提出處理建議。第4章 TSP超前地質(zhì)預(yù)報實施方案TSP超前地質(zhì)預(yù)報是勘測設(shè)計階段以后工程地質(zhì)工作的繼續(xù)，主要目的為探測或預(yù)測開挖工作面前方圍巖工程地質(zhì)和水文地質(zhì)情況，獲取詳實可靠的地質(zhì)信息，如圍巖類別、斷層帶和破碎帶位置、性質(zhì)、規(guī)模、富水等，進行信息反饋。并對探測到的地質(zhì)情況進行綜合分析，做出判斷，提出地質(zhì)預(yù)報成果，作為指導施工和優(yōu)化支護參數(shù)、圍巖類別變更等動態(tài)設(shè)計的依據(jù)。 TSP法檢測原理TSP法是利用地震波反射回波方法測量的原理。地震波震源采用小藥量炸藥激發(fā)產(chǎn)生，炸藥激發(fā)在隧道邊墻的風鉆孔中，通常24個炮孔布置成一條直線。地震波的接收器也安置在孔中，一般左右洞壁各布置一個。地震波在巖石中以球面波形式傳播，當?shù)卣鸩ㄓ龅綇椥圆ㄗ杩共町惤缑鏁r，例如斷層、巖體破碎帶、巖性變化或巖溶發(fā)育帶等，一部分地震信號反射回來，一部分信號透射進入前方介質(zhì)繼續(xù)傳播。反射的地震信號被高靈敏度的地震檢波器接收，反射信號的傳播時間與傳播距離成正比，與傳播速度成反比，因此通過測量直達波速度、反射回波的時間、波形和強度，可以達到預(yù)報隧道掌子面前方地質(zhì)條件的目的。在一定間隔距離內(nèi)連續(xù)采用上述方法，結(jié)合施工地質(zhì)調(diào)查，可以得到隧道圍巖的地質(zhì)力學參數(shù)，如動彈性模量、動剪切模量和動泊松比參數(shù)等。工作中結(jié)合相關(guān)的地質(zhì)資料和施工地質(zhì)工作，總結(jié)預(yù)報經(jīng)驗可以提高預(yù)報的準確性。 TSP法檢測原理示意圖 檢測儀器簡介采用TSP（Tunnel Seismic Prediction）技術(shù)進行預(yù)報中，本項目使用的儀器為TGP206型隧道地質(zhì)超前預(yù)報系統(tǒng)。TGP206（Tunnel geology Prediction ) 隧道超前地質(zhì)預(yù)報系統(tǒng)由北京市水電物探研究所根據(jù)上一代TGP12的使用經(jīng)驗最新研制，具有國際先進技術(shù)水平。TGP206隧道超前地質(zhì)預(yù)報系統(tǒng)包括儀器主機、配件和處理軟件三部分組成。隧道地質(zhì)超前預(yù)報儀器的主機是現(xiàn)場地震波采集的主要設(shè)備，TGP206采用整體機箱式結(jié)構(gòu)，其CPU控制單元、存儲、顯示單元與放大電路，整體結(jié)構(gòu)安裝在儀器機箱內(nèi)，儀器箱體具有防靜電、防電磁、防水、防震，并且牢固輕便，能適應(yīng)惡劣的隧道施工環(huán)境條件，能夠為地質(zhì)預(yù)報工作的順利開展提供保障。 TGP206 主機(a) TGP206 主機(b) 探測方法接收傳感器是隧道地震數(shù)據(jù)采集關(guān)鍵的設(shè)備之一，其性能直接關(guān)系到地震數(shù)據(jù)的質(zhì)量和地震波資料成果圖的質(zhì)量。隧道地震波預(yù)報需要精密三分量檢波器，檢波器應(yīng)具有高保真和高指向性性能、應(yīng)具有高靈敏度和相對較高頻率的寬帶頻響特性。以上檢波器性能是保證地震波波形完整、縱橫波信息豐富明確的重要環(huán)節(jié)。TGP206速度型檢波器在高靈敏度、高指向性方面具有突出的優(yōu)勢，和適應(yīng)巖體地震波檢測的高頻寬帶特性。地震波在非均質(zhì)、非連續(xù)、和各向異性的地質(zhì)體中傳播時，由結(jié)構(gòu)面、構(gòu)造面產(chǎn)生的地震反射波具有橢球體性質(zhì)，橢球體攜帶有反射面空間分布重要信息和反射面的性質(zhì)信息，定位明確的三分量檢波器可以實現(xiàn)上述信息的采集，實現(xiàn)地震波的極化分析、計算和多波預(yù)報的目的。檢波器與圍巖采用黃油耦合，定向安置孔中三分量檢波器，如下圖所示。 檢波器耦合方法記錄接受器孔、距離接收器最近的炮孔和隧道掌子面的公路里程樁號，以及各炮孔間的距離，以上數(shù)據(jù)填寫在《TGP現(xiàn)場數(shù)據(jù)記錄表》中；爆破孔藥量一般控制在50～70克，采用計時線炸斷的觸發(fā)方式，在孔中灌滿水的條件下激發(fā)，按序依次起爆和進行數(shù)據(jù)采集。工作中對測線布置段至隧道掌子面間的隧道圍巖進行地質(zhì)描述，以利于資料解釋。 激發(fā)藥卷 埋深三分量檢波器 測線布置預(yù)報檢測時在掌子面后方布置激發(fā)孔和檢測孔。激發(fā)孔要求為：在隧道壁的同一水平線上從里向外布置24個炮孔。與接收孔的最近距離為20m。 工作布置示意圖 鉆孔布置平面示意圖。 現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集第5章 TRT超前地質(zhì)預(yù)報實施方案隧道施工應(yīng)采取長距離宏觀預(yù)報與段距離準確預(yù)報相結(jié)合、隧道內(nèi)探測與洞外地面調(diào)查相結(jié)合、地質(zhì)與物探方法相結(jié)合，開展多層次、多手段的綜合超前地質(zhì)預(yù)報，并貫穿施工全過程（在通過超前預(yù)報判斷無異常及危險前，不得掘進施工）；根據(jù)不同的地質(zhì)復雜程度，針對不同類型的地質(zhì)問題，選擇不同的方法和手段開展超前地質(zhì)預(yù)報。針對XCZQ3標段隧道的超前地質(zhì)預(yù)報工作，本方案擬采取長、中、短相結(jié)合，多種方法相印證的方式進行。采用的預(yù)報方法有：TRT法、TSP法、瞬變電磁儀法、地質(zhì)雷達法等。本章首先對TRT超前地質(zhì)預(yù)報進行介紹。 TRT超前地質(zhì)預(yù)報基本原理及采用的儀器 TRT法基本原理震源實際上反射物位置的確定需要很多震源傳感器定義的橢球反射物Tunnel→SourceReflectorReceiverReceiver隧道傳感器傳感器 TRT探測原理TRT法與TSP法的預(yù)報原理基本一致，即采用的是地震波超前預(yù)報法，地震波反射探測的方法很早就在土木工程和采礦作業(yè)等許多方面得到利用。這種技術(shù)的原理在于當?shù)卣鸩ㄓ龅铰晫W阻抗差異（密度和波速的乘積）界面時，一部分信號被反射回來（），一部分信號透射進入前方介質(zhì)。聲學阻抗的變化通常發(fā)生在地質(zhì)巖層界面和巖體內(nèi)不連續(xù)界面。反射地震信號被高敏度地震信號傳感器接收（），通過信號處理和分析，用來了解隧道掌子面前方地質(zhì)的性質(zhì)（軟弱帶、破碎帶、斷層、含水帶等），位置及規(guī)模。 采集到的地震波信號正常入射到邊界的反射系數(shù)計算公司如下：假設(shè)R為反射系數(shù)，P為巖層的密度，V等于地震波在巖層中的傳播速度。地震波從一種低阻抗物質(zhì)時，反射系數(shù)是正的；反之，反射系數(shù)是負的。例如，當?shù)卣饛能洿謳r傳播到硬的白云時，回波的偏轉(zhuǎn)極性和波源是一致的。當巖體內(nèi)部有破裂帶時，回波的極性回反射。反射體的尺寸越大，聲學阻抗差別越大，回波就越明顯，越容易探測到。TRT法采用層析掃描成像技術(shù)，形成立體、直觀的三維立體圖，立體圖的反射邊界每一點離散圖像是由空間疊加所有的地震波形計算得來，這樣對于前方體狀地質(zhì)體，如溶洞、空腔等的探測十分有效，這也是相對于TSP法的優(yōu)越之處。 采用的儀器采用TRT法進行超前地質(zhì)預(yù)報的設(shè)備為“TRT6000超前地質(zhì)預(yù)報系統(tǒng)”。該系統(tǒng)是由美國CThru Gruound工程有限公司開發(fā)，采用層析掃描成像技術(shù)獲得隧道前方的全息圖，準確率高，適用范圍廣，預(yù)報距離長，能準確預(yù)報掌子面前方100～200m的地質(zhì)情況，代表國際上隧道超前地質(zhì)預(yù)報領(lǐng)域最領(lǐng)先的技術(shù)水平。TRT6000 采集箱TRT6000 采集儀 TRT6000超前地質(zhì)預(yù)報系統(tǒng)系統(tǒng)主要組成及其技術(shù)特性：1）TRT6000記錄單元接收器端口：9個；記錄通道：24個；采樣間隔：3612250、500、1000或2000μs；記錄帶寬：40~15000Hg；模數(shù)轉(zhuǎn)換：32位；記