【導讀】新建成都至蘭州鐵路成都至川主寺段站前工程。超前地質(zhì)預報專項。中鐵隧道集團有限公司成蘭鐵路工程指揮部。第八章質(zhì)量管理體系及質(zhì)量、安全、進度、環(huán)保保證措施................-45-

　　

【正文】 數(shù)綜合成果對比功 能，為了方便進行地質(zhì)分析推斷解釋，處理系統(tǒng)具有提供二維成果圖和三維空間成果圖件的功能。“ TSPwin 處理系統(tǒng)”的預報數(shù)據(jù)處理流程 見圖 445。 建 立 和 確 定 預 報 成 果 的 空 間 坐 標 ， 編 輯 排 列 文 件數(shù) 據(jù) 預 處 理 ： 激 發(fā) 時 間 校 正 ， 幅 度 均 衡 處 理 等三 分 量 記 錄 的 干 擾 波 清 理 隧 道 管 波 清 除縱 橫 波 信 息 分 離 與 提 取 ， 縱 橫 波 速 度 分 析 與 計 算繞 射 波 歸 位 處 理 ， 提取 并 形 成 偏 移 歸 位 成果 圖反 射 波 極 化 處 理 ， 提取 評 估 速 度 曲 線 和 反射 截 面 產(chǎn) 狀 成 果繞 射 波 三 維 歸 位 處理 ， 提 取 三 維 構 造 產(chǎn)狀 分 布 成 果 圖 445 預報數(shù)據(jù)處理流程 通過 “ TSPwin處理系統(tǒng) ” 的處理，可以獲得 P 波、 SH 波、 SV 波的時間剖面、深度偏移剖面、提取的反射層、巖石物理力學參數(shù)、各反射層能量大小等成果，以及反射層在探測范圍內(nèi)的 2D 或 3D 空間分布。 提交資料 室內(nèi)分析處理一般在 24 小時內(nèi)完成并可提交正式成果 報告，報告一般包括如下內(nèi)容： ①工作概況；②探測的方法、設備及原理；③測線布置；④對測試結果的初步分析 。⑤結論。 TSP 報告中應附的成果圖表： ① 現(xiàn)場數(shù)據(jù)記錄表 ； ② TSP 地震波超前預報成果圖標 ，主要包括：地震波三分量原始記錄圖、水平剖面與鉛垂剖面地震波偏移歸位成果圖、 TSP 綜合地質(zhì)預報成果圖、三維空間地質(zhì)界面分布圖和巖體比速度參數(shù)成果圖、三維空間橫斷面掃描成果圖 。 預報范圍 一般預報距離為 150m， 在地質(zhì)情況同復雜地段，如巖溶發(fā)育、斷層、巖性接觸帶、褶皺帶等特殊地段，為提高精度，采用 連續(xù)重疊式預報，按新建成都至蘭州鐵路成都至川主寺段 站前工程 施工 CLZQ9標 超前地質(zhì)預報專項施工方案 26 平均每次預報 120m 考慮 ，搭接 20m。 高分辨直流電法 （ 1）基本原理 由于巖石電阻率大小主要取決于空隙內(nèi)的富水性和孔隙空間特性，利用這種電性的差異，結合全空間電場理論以及相應的資料解釋處理系統(tǒng)，就可以使用直流電法進行探測。直流電法通過在隧道周圍巖層中建立起全空間的穩(wěn)定人工電場，測量該電場的變化規(guī)律，求取巖層的視電阻率，繪制視電阻率曲線或剖面圖，從而達到了解隧道周圍巖層中的導水和含水構造的目的。 1） 對稱四極方法 為了在地下建立人工直流電場，一般采用對稱四極裝置，其中 A、 B 為 供電電極， M 、 N 為測量電極，由于電極尺寸大小相對于 AB、 MN距離來說很小，因此可以認為 AB 供電點為點電源。 M O NA1 B1An Bn 圖 446 高分辨電法 2） 三極測深 方法 ： 如果將供電電極 B 置于距 A 極無窮遠處，這時裝置就變?yōu)槿龢O測深。這時地下電場可認為是由一個點電源 A 產(chǎn)生的，而無窮遠電極 B 的影響可以忽略不計。因此測量的是 MN兩點同心球殼之間的電位差，反映的是 A 點正下方某深度的電性特征。 三極超前探測 方法 ： 將三極測深進一步演變，可以進行三極超前探測。它以巖石的電性差異為基礎，在全空間條件下建場，使用全空間電場理論，處 理和解釋有關隧道或礦井水文地質(zhì)問題。超前探測是研究掘進前方地層電性變化規(guī)律，預測掘進前方含、導水構造的分布和發(fā)育情況的一種電法探測新技術。 新建成都至蘭州鐵路成都至川主寺段 站前工程 施工 CLZQ9標 超前地質(zhì)預報專項施工方案 27 由于采用點源三極裝置進行隧道內(nèi)數(shù)據(jù)采集工作， 供電電極 A 相對無窮遠電極 B 可以看作為點電源 。由于供電電極位于隧道中，其電場呈全空間分布，可利用全空間電場理論對數(shù)據(jù)進行分析解釋。根據(jù)點電源場理論分析，點電源在均勻全空間的電力線呈射線發(fā)散，等電位面為以供電點為球心的球面，電位差則是以供電點為球心的同心球殼，球殼厚度應為測量電極間距。 YZXN MA ( + I )巷道 圖 447 點電源電流場的球形分布 根 據(jù)電場球殼原理， 任意等半徑球面上的電位是相等的，兩個等位面上的點 M、 N 之間形成電位差 ?UMN，利用發(fā)射電流可計算出 MN 球環(huán)上的視電阻率。通過在隧道 工作面 后方布置電極，從而可探測出 工作面 前方的異常情況，其工作原理如圖 448 所示。 圖 448 超前勘探原理示意圖 新建成都至蘭州鐵路成都至川主寺段 站前工程 施工 CLZQ9標 超前地質(zhì)預報專項施工方案 28 若電流分布范圍內(nèi)存在電性異常（如含水地質(zhì)異常體），不論異常體在隧道迎頭前方還是其它方位，都會引起等位面的變化，視電阻率也會發(fā)生變化。若是低阻異常體會引起視電阻率值降低，反之，會引起視電阻率值增高。比如，圖 449 是隧道迎頭前方存在高阻異常體 時，因其排斥電流而引起整個電流場的畸變，使測量電極附近的電流密度增大，故視電阻率增大。 圖 449 高阻巖層對電流場的排斥作用 利用一個供電電極 A 測到的視電阻率異常是反映整個球殼內(nèi)部的異常，并不能說明異常就在迎頭的前方，因為在以供電電極 AxO 為半徑的球體內(nèi)（ O 為 MN 電極的中點）任何一處異常引起的等位面的變化均可以影響到測量值，因此如果測量值有異常時，不能正確判斷異常點的具體位置。為了達到超前探測的目的，采用三個供電電極交替供電分別測量的方式，利用幾何交匯的原理（如圖 4410 所示），只反映出迎頭前 方的異常情況。這種方法可以消除頂板、底板和后方的影響，反映隧道迎頭前方的地質(zhì)異常，達到超前探測的目的。 新建成都至蘭州鐵路成都至川主寺段 站前工程 施工 CLZQ9標 超前地質(zhì)預報專項施工方案 29 PrA1A2A31 1 圖 4410 幾何交匯原理 （ 2）測點的布置 采用點源三極裝置進行數(shù)據(jù)采集，供電極 A A A3，間距 4m，接收極 M、 N，極間距 4m，距供電極 A14 米開始自動跑極，觀測記錄各點視電阻率 254。，然后在計算機上繪制 A A A3 點視電阻率曲線圖。以各條曲線上距 A1 供電點等距低阻點為依據(jù)，分別以 A A A3 點為圓心繪圓，三圓相交點即為隧道掘進工作面前方相應地點的視電阻率，根據(jù)視電阻率的高低可判斷前方是 否存在低阻異常區(qū)。解釋異常區(qū)可判斷前方巖層的水文地質(zhì)特征。 圖 4411 超前探測布置示意圖 （ 3）現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集 新建成都至蘭州鐵路成都至川主寺段 站前工程 施工 CLZQ9標 超前地質(zhì)預報專項施工方案 30 嚴格按照測試要求進行，保證數(shù)據(jù)采集的質(zhì)量，并符合下列要求： ①開機檢查儀器是否正常； ②發(fā)射、接收電極間距測量準確，誤差小于 5cm； ③無窮遠電極大于 4~5 倍的探測距離； ④發(fā)射接收電極接地良好； ⑤電池電量充足； ⑥數(shù)據(jù)重復測量誤差小于 5%，否則檢查電極和儀器電源是否正常、工頻干擾是否過大。 （ 4）數(shù)據(jù)處理及成果解釋 數(shù)據(jù)處理與解釋采用以下幾個步驟 ，流程見圖 4412。 數(shù) 據(jù) 整 理 ， 預 處 理數(shù) 字 濾 波 ， 壓 制 干 擾數(shù) 據(jù) 轉 換 與 計 算全 空 間 校 正假 異 常 提 出綜 合 分 析 前 方 異 常 確 認異 常 地 質(zhì) 判 斷繪 制 成 果 圖依 地 質(zhì) 資 料 解 釋隧 道 影 響 校 正 圖 4412 數(shù)據(jù)處理與解釋流程圖 ① 數(shù)據(jù)整理，預處理 首先從儀器將數(shù)據(jù)導入計算機，對那些明顯不符合規(guī)律和實際情況的錯誤數(shù)據(jù)，以及重復的數(shù)據(jù)進行刪減和改正。然后將全部數(shù)據(jù)整理成固定的格式，因為三極超前探的方法原理、施工特點以及數(shù)據(jù)采集方式有自己本身的特點。 ② 數(shù)字濾波，壓制干擾 一般來說，兩種不同介質(zhì)的物理性質(zhì)變化在其接觸面可能是明顯和突變的，但由于電法勘探體積效應的存在，用儀器觀測到的變化特征一般是新建成都至蘭州鐵路成都至川主寺段 站前工程 施工 CLZQ9標 超前地質(zhì)預報專項施工方案 31 連續(xù)和漸變的，突變信號往往是各種干擾噪聲引起的，一些對觀測的 電壓按照規(guī)律做初步的圓滑處理，或者設計專門的濾波因子對觀測數(shù)據(jù)做相應的濾波處理，可以有效的壓制或消除干擾信號而突出需要的地質(zhì)異常信號。 ③ 數(shù)據(jù)轉換與計算 電法超前探測技術的數(shù)據(jù)采集、儀器觀測和紀錄的數(shù)據(jù)包括點號、極距、供電電流和測量電壓，有的也一并紀錄視電阻率，數(shù)據(jù)預處理時不但需要對觀測極距、點號等參數(shù)做少量校正，一般還需要做將數(shù)據(jù)轉換成視電阻率或視電阻率梯度參數(shù)。 ④ 全空間和隧道影響的校正 全空間的影響可以根據(jù)一定的經(jīng)驗公式來進行校正。隧道空間的影響可以編寫程序在濾波的時候進行一定程度的修正。另外其他條件 的影響如對因積水影響而減少的 s? 值采用對比法修正，即在同一巖層中，有水與無水同時測量，經(jīng)過多組數(shù)據(jù)統(tǒng)計后計算出修正系數(shù)，再將有水時的 s? 值乘相應的修正系數(shù)后得到真實的 s? 值。 ⑤ 前方異常確認，假異常剔除 假異常的特點：同一測量點，不同的供電電極產(chǎn)生的電位具有同時放大或同時縮小的關系，即信號的強弱受供電電極位置的影響較小，這說明接收點附近存在異常體即 “ 假異常 ” ，由于該異常體距離測量電極很近，在接收信號中所占的比重遠大于隧道前方異常所占的比重。 ⑥ 異常圈定和確認 對經(jīng)過以上校正的數(shù)據(jù)進行異常圈定、分級以及可靠性評價，保留前方目標異常并確定其位置、范圍、強弱等特性。 ⑦ 異常的綜合分析與地質(zhì)推斷 經(jīng)過處理的數(shù)據(jù)，后方隧道影響、上下及側向地質(zhì)體的影響得到了壓制或消除，掘進頭前方目標地質(zhì)體的信息保留了下來，即可以結合各種已知條件對前方異常綜合分析，確定其成因，在此基礎上進行合理的 地質(zhì)解釋和判斷，這樣才可能得出較為符合實際的探測結論。 ⑧ 成果圖件繪制 新建成都至蘭州鐵路成都至川主寺段 站前工程 施工 CLZQ9標 超前地質(zhì)預報專項施工方案 32 將解釋推斷的地質(zhì)成果 以直觀形象的圖予以展示。 圖 4413 高分辨電法分析成果圖 ⑨ 依地質(zhì)資料解釋 把經(jīng)過處理的數(shù)據(jù)結合以已經(jīng)搜集到的隧道周圍或者附近區(qū)域的地質(zhì)資料進行解釋，比如導水斷層的地質(zhì)信息等。 （ 5）高分辨電法的探測范圍 測試距離不超過 80m，連續(xù)預報時， 前后兩次搭接長度不小于 10m。 地質(zhì)雷達 探測法 預報目的 對 TSP203A 預報的異常點和設計的斷層和巖溶異常區(qū)采用地質(zhì)雷達作為補充手段，進而確定異常體的規(guī)模、性質(zhì)等。 預報方法 ① 測線布置和信號觸發(fā)方式選則 探測的具體布置根據(jù) TSP203A 的預報結果和現(xiàn)場掌子面的具體情況，測線主要布置在掌子面上，正洞每個掌子面布置四條測線， 輔助坑道 每個掌子面布置三條測線。測線布置如圖 441 4415 所示。 圖 4414 輔助坑道 掌子面地質(zhì)雷達 測線布置示意圖 新建成都至蘭州鐵路成都至川主寺段 站前工程 施工 CLZQ9標 超前地質(zhì)預報專項施工方案 33 圖 4415 正洞掌子面地質(zhì)雷達測線布置示意圖 地質(zhì)雷達數(shù)據(jù)采集時的信號觸發(fā)方式一般有三種，即測量輪觸發(fā)、時間觸發(fā)和鍵盤觸發(fā)。測量輪觸發(fā)方式一般要求測量表面比較光滑，保證測量輪正常滾動，以使雷達數(shù)據(jù)長度能夠和實際測線長度相符。因為 隧道掌子面凹凸不平，所以一般不能保證測量輪的正常工作，因此不采用這種觸發(fā)方式；時間觸發(fā)方式是地質(zhì)雷達系統(tǒng)按照一定的時間間隔自動采集數(shù)據(jù)，要求天線按照合適的速度勻速前進，天線底部和測量表面允許一定的間隙，一般 ≯20cm ，無論天線是否移動，系統(tǒng)都會按照設定好的速度自動采集數(shù)據(jù)，因此雷達數(shù)據(jù)長度會與實際測線長度不符，所以最好不要采用這種觸發(fā)方式；鍵盤觸發(fā)方式是通過電腦鍵盤發(fā)送指令給雷達控制系統(tǒng)，按一下鍵盤采集一道數(shù)據(jù)。天線按固定間距移動，移動一次采集一道數(shù)據(jù)，這種信號觸發(fā)方式非常適合掌子面惡劣的工作條件。 探測范圍 地質(zhì)雷達探測主要用于巖溶探測，亦可用于斷層破碎帶、軟弱夾層等不均勻體的探測，每 25m 一次，一次范圍為 30m，兩次重疊長度應在 5m 以上。 與施工工序銜接 地質(zhì)雷達探底要在隧道鋪底之前完成，具體探測時間由指揮部工程部安排。掌子面前方探測，數(shù)據(jù)采集前要求 工區(qū) 配合對掌子面進行平整處理，使雷達天線與掌子面能有較好的耦合，移走掌子面附近其他的金屬物體。 成果資料 室內(nèi)計算機分析處理一般在 24 小時內(nèi)完成并報告有關部門。 資料整理和處理要求： 新建成都至蘭州鐵路成都至川主寺段 站前工程 施工 CLZQ9標 超前地質(zhì)預報專項施工方案 34 雷達記錄應清晰，反射波形、同 相軸明顯，不合格的記錄應重測。對合格的記錄應根據(jù)記錄的情況進行必要的處理如：編輯、濾波、增益、褶積、道分析、速度分析和消除背景干擾等，求得時間剖面。在時間剖面中應標出探測對象的反射波組，確定反射體的