【導(dǎo)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(yù)報(bào)專項(xiàng)。中鐵隧道集團(tuán)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(jìn)度、環(huán)保保證措施................-45-

　　

【正文】 數(shù)綜合成果對(duì)比功 能，為了方便進(jìn)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(yù)報(bào)數(shù)據(jù)處理流程 見(jiàn)圖 445。 建 立 和 確 定 預(yù) 報(bào) 成 果 的 空 間 坐 標(biāo) ， 編 輯 排 列 文 件數(shù) 據(jù) 預(yù) 處 理 ： 激 發(fā) 時(shí) 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(jì) 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(píng) 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(gòu) 造 產(chǎn)狀 分 布 成 果 圖 445 預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)處理流程 通過(guò) “ TSPwin處理系統(tǒng) ” 的處理，可以獲得 P 波、 SH 波、 SV 波的時(shí)間剖面、深度偏移剖面、提取的反射層、巖石物理力學(xué)參數(shù)、各反射層能量大小等成果，以及反射層在探測(cè)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(shí)內(nèi)完成并可提交正式成果 報(bào)告，報(bào)告一般包括如下內(nèi)容： ①工作概況；②探測(cè)的方法、設(shè)備及原理；③測(cè)線布置；④對(duì)測(cè)試結(jié)果的初步分析 。⑤結(jié)論。 TSP 報(bào)告中應(yīng)附的成果圖表： ① 現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)記錄表 ； ② TSP 地震波超前預(yù)報(bào)成果圖標(biāo) ，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(yù)報(bào)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(yù)報(bào)范圍 一般預(yù)報(bào)距離為 150m， 在地質(zhì)情況同復(fù)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(yù)報(bào)，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(biāo) 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)專項(xiàng)施工方案 26 平均每次預(yù)報(bào) 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(jié)合全空間電場(chǎng)理論以及相應(yīng)的資料解釋處理系統(tǒng)，就可以使用直流電法進(jìn)行探測(cè)。直流電法通過(guò)在隧道周圍巖層中建立起全空間的穩(wěn)定人工電場(chǎng)，測(cè)量該電場(chǎng)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(dá)到了解隧道周圍巖層中的導(dǎo)水和含水構(gòu)造的目的。 1） 對(duì)稱四極方法 為了在地下建立人工直流電場(chǎng)，一般采用對(duì)稱四極裝置，其中 A、 B 為 供電電極， M 、 N 為測(cè)量電極，由于電極尺寸大小相對(duì)于 AB、 MN距離來(lái)說(shuō)很小，因此可以認(rèn)為 AB 供電點(diǎn)為點(diǎn)電源。 M O NA1 B1An Bn 圖 446 高分辨電法 2） 三極測(cè)深 方法 ： 如果將供電電極 B 置于距 A 極無(wú)窮遠(yuǎn)處，這時(shí)裝置就變?yōu)槿龢O測(cè)深。這時(shí)地下電場(chǎng)可認(rèn)為是由一個(gè)點(diǎn)電源 A 產(chǎn)生的，而無(wú)窮遠(yuǎn)電極 B 的影響可以忽略不計(jì)。因此測(cè)量的是 MN兩點(diǎn)同心球殼之間的電位差，反映的是 A 點(diǎn)正下方某深度的電性特征。 三極超前探測(cè) 方法 ： 將三極測(cè)深進(jìn)一步演變，可以進(jìn)行三極超前探測(cè)。它以巖石的電性差異為基礎(chǔ)，在全空間條件下建場(chǎng)，使用全空間電場(chǎng)理論，處 理和解釋有關(guān)隧道或礦井水文地質(zhì)問(wèn)題。超前探測(cè)是研究掘進(jìn)前方地層電性變化規(guī)律，預(yù)測(cè)掘進(jìn)前方含、導(dǎo)水構(gòu)造的分布和發(fā)育情況的一種電法探測(cè)新技術(shù)。 新建成都至蘭州鐵路成都至川主寺段 站前工程 施工 CLZQ9標(biāo) 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)專項(xiàng)施工方案 27 由于采用點(diǎn)源三極裝置進(jìn)行隧道內(nèi)數(shù)據(jù)采集工作， 供電電極 A 相對(duì)無(wú)窮遠(yuǎn)電極 B 可以看作為點(diǎn)電源 。由于供電電極位于隧道中，其電場(chǎng)呈全空間分布，可利用全空間電場(chǎng)理論對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析解釋。根據(jù)點(diǎn)電源場(chǎng)理論分析，點(diǎn)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(diǎn)為球心的球面，電位差則是以供電點(diǎn)為球心的同心球殼，球殼厚度應(yīng)為測(cè)量電極間距。 YZXN MA ( + I )巷道 圖 447 點(diǎn)電源電流場(chǎng)的球形分布 根 據(jù)電場(chǎng)球殼原理， 任意等半徑球面上的電位是相等的，兩個(gè)等位面上的點(diǎn) M、 N 之間形成電位差 ?UMN，利用發(fā)射電流可計(jì)算出 MN 球環(huán)上的視電阻率。通過(guò)在隧道 工作面 后方布置電極，從而可探測(cè)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(biāo) 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)專項(xiàng)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(huì)引起等位面的變化，視電阻率也會(huì)發(fā)生變化。若是低阻異常體會(huì)引起視電阻率值降低，反之，會(huì)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(shí)，因其排斥電流而引起整個(gè)電流場(chǎng)的畸變，使測(cè)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(duì)電流場(chǎng)的排斥作用 利用一個(gè)供電電極 A 測(cè)到的視電阻率異常是反映整個(gè)球殼內(nèi)部的異常，并不能說(shuō)明異常就在迎頭的前方，因?yàn)樵谝怨╇婋姌O AxO 為半徑的球體內(nèi)（ O 為 MN 電極的中點(diǎn)）任何一處異常引起的等位面的變化均可以影響到測(cè)量值，因此如果測(cè)量值有異常時(shí)，不能正確判斷異常點(diǎn)的具體位置。為了達(dá)到超前探測(cè)的目的，采用三個(gè)供電電極交替供電分別測(cè)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(dá)到超前探測(cè)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(biāo) 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)專項(xiàng)施工方案 29 PrA1A2A31 1 圖 4410 幾何交匯原理 （ 2）測(cè)點(diǎn)的布置 采用點(diǎn)源三極裝置進(jìn)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(kāi)始自動(dòng)跑極，觀測(cè)記錄各點(diǎn)視電阻率 254。，然后在計(jì)算機(jī)上繪制 A A A3 點(diǎn)視電阻率曲線圖。以各條曲線上距 A1 供電點(diǎn)等距低阻點(diǎn)為依據(jù)，分別以 A A A3 點(diǎn)為圓心繪圓，三圓相交點(diǎn)即為隧道掘進(jìn)工作面前方相應(yīng)地點(diǎn)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(cè)布置示意圖 （ 3）現(xiàn)場(chǎng)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(biāo) 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)專項(xiàng)施工方案 30 嚴(yán)格按照測(cè)試要求進(jìn)行，保證數(shù)據(jù)采集的質(zhì)量，并符合下列要求： ①開(kāi)機(jī)檢查儀器是否正常； ②發(fā)射、接收電極間距測(cè)量準(zhǔn)確，誤差小于 5cm； ③無(wú)窮遠(yuǎn)電極大于 4~5 倍的探測(cè)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(fù)測(cè)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(guò)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(gè)步驟 ，流程見(jiàn)圖 4412。 數(shù) 據(jù) 整 理 ， 預(yù) 處 理數(shù) 字 濾 波 ， 壓 制 干 擾數(shù) 據(jù) 轉(zhuǎn) 換 與 計(jì) 算全 空 間 校 正假 異 常 提 出綜 合 分 析 前 方 異 常 確 認(rèn)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(yù)處理 首先從儀器將數(shù)據(jù)導(dǎo)入計(jì)算機(jī)，對(duì)那些明顯不符合規(guī)律和實(shí)際情況的錯(cuò)誤數(shù)據(jù)，以及重復(fù)的數(shù)據(jù)進(jìn)行刪減和改正。然后將全部數(shù)據(jù)整理成固定的格式，因?yàn)槿龢O超前探的方法原理、施工特點(diǎn)以及數(shù)據(jù)采集方式有自己本身的特點(diǎn)。 ② 數(shù)字濾波，壓制干擾 一般來(lái)說(shuō)，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(yīng)的存在，用儀器觀測(cè)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(biāo) 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)專項(xiàng)施工方案 31 連續(xù)和漸變的，突變信號(hào)往往是各種干擾噪聲引起的，一些對(duì)觀測(cè)的 電壓按照規(guī)律做初步的圓滑處理，或者設(shè)計(jì)專門(mén)的濾波因子對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)做相應(yīng)的濾波處理，可以有效的壓制或消除干擾信號(hào)而突出需要的地質(zhì)異常信號(hào)。 ③ 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與計(jì)算 電法超前探測(cè)技術(shù)的數(shù)據(jù)采集、儀器觀測(cè)和紀(jì)錄的數(shù)據(jù)包括點(diǎn)號(hào)、極距、供電電流和測(cè)量電壓，有的也一并紀(jì)錄視電阻率，數(shù)據(jù)預(yù)處理時(shí)不但需要對(duì)觀測(cè)極距、點(diǎn)號(hào)等參數(shù)做少量校正，一般還需要做將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)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(yàn)公式來(lái)進(jìn)行校正。隧道空間的影響可以編寫(xiě)程序在濾波的時(shí)候進(jìn)行一定程度的修正。另外其他條件 的影響如對(duì)因積水影響而減少的 s? 值采用對(duì)比法修正，即在同一巖層中，有水與無(wú)水同時(shí)測(cè)量，經(jīng)過(guò)多組數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)后計(jì)算出修正系數(shù)，再將有水時(shí)的 s? 值乘相應(yīng)的修正系數(shù)后得到真實(shí)的 s? 值。 ⑤ 前方異常確認(rèn)，假異常剔除 假異常的特點(diǎn)：同一測(cè)量點(diǎn)，不同的供電電極產(chǎn)生的電位具有同時(shí)放大或同時(shí)縮小的關(guān)系，即信號(hào)的強(qiáng)弱受供電電極位置的影響較小，這說(shuō)明接收點(diǎn)附近存在異常體即 “ 假異常 ” ，由于該異常體距離測(cè)量電極很近，在接收信號(hào)中所占的比重遠(yuǎn)大于隧道前方異常所占的比重。 ⑥ 異常圈定和確認(rèn) 對(duì)經(jīng)過(guò)以上校正的數(shù)據(jù)進(jìn)行異常圈定、分級(jí)以及可靠性評(píng)價(jià)，保留前方目標(biāo)異常并確定其位置、范圍、強(qiáng)弱等特性。 ⑦ 異常的綜合分析與地質(zhì)推斷 經(jīng)過(guò)處理的數(shù)據(jù)，后方隧道影響、上下及側(cè)向地質(zhì)體的影響得到了壓制或消除，掘進(jìn)頭前方目標(biāo)地質(zhì)體的信息保留了下來(lái)，即可以結(jié)合各種已知條件對(duì)前方異常綜合分析，確定其成因，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行合理的 地質(zhì)解釋和判斷，這樣才可能得出較為符合實(shí)際的探測(cè)結(jié)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(biāo) 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)專項(xiàng)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(guò)處理的數(shù)據(jù)結(jié)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(jìn)行解釋，比如導(dǎo)水?dāng)鄬拥牡刭|(zhì)信息等。 （ 5）高分辨電法的探測(cè)范圍 測(cè)試距離不超過(guò) 80m，連續(xù)預(yù)報(bào)時(shí)， 前后兩次搭接長(zhǎng)度不小于 10m。 地質(zhì)雷達(dá) 探測(cè)法 預(yù)報(bào)目的 對(duì) TSP203A 預(yù)報(bào)的異常點(diǎn)和設(shè)計(jì)的斷層和巖溶異常區(qū)采用地質(zhì)雷達(dá)作為補(bǔ)充手段，進(jìn)而確定異常體的規(guī)模、性質(zhì)等。 預(yù)報(bào)方法 ① 測(cè)線布置和信號(hào)觸發(fā)方式選則 探測(cè)的具體布置根據(jù) TSP203A 的預(yù)報(bào)結(jié)果和現(xiàn)場(chǎng)掌子面的具體情況，測(cè)線主要布置在掌子面上，正洞每個(gè)掌子面布置四條測(cè)線， 輔助坑道 每個(gè)掌子面布置三條測(cè)線。測(cè)線布置如圖 441 4415 所示。 圖 4414 輔助坑道 掌子面地質(zhì)雷達(dá) 測(cè)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(biāo) 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)專項(xiàng)施工方案 33 圖 4415 正洞掌子面地質(zhì)雷達(dá)測(cè)線布置示意圖 地質(zhì)雷達(dá)數(shù)據(jù)采集時(shí)的信號(hào)觸發(fā)方式一般有三種，即測(cè)量輪觸發(fā)、時(shí)間觸發(fā)和鍵盤(pán)觸發(fā)。測(cè)量輪觸發(fā)方式一般要求測(cè)量表面比較光滑，保證測(cè)量輪正常滾動(dòng)，以使雷達(dá)數(shù)據(jù)長(zhǎng)度能夠和實(shí)際測(cè)線長(zhǎng)度相符。因?yàn)?隧道掌子面凹凸不平，所以一般不能保證測(cè)量輪的正常工作，因此不采用這種觸發(fā)方式；時(shí)間觸發(fā)方式是地質(zhì)雷達(dá)系統(tǒng)按照一定的時(shí)間間隔自動(dòng)采集數(shù)據(jù)，要求天線按照合適的速度勻速前進(jìn)，天線底部和測(cè)量表面允許一定的間隙，一般 ≯20cm ，無(wú)論天線是否移動(dòng)，系統(tǒng)都會(huì)按照設(shè)定好的速度自動(dòng)采集數(shù)據(jù)，因此雷達(dá)數(shù)據(jù)長(zhǎng)度會(huì)與實(shí)際測(cè)線長(zhǎng)度不符，所以最好不要采用這種觸發(fā)方式；鍵盤(pán)觸發(fā)方式是通過(guò)電腦鍵盤(pán)發(fā)送指令給雷達(dá)控制系統(tǒng)，按一下鍵盤(pán)采集一道數(shù)據(jù)。天線按固定間距移動(dòng)，移動(dòng)一次采集一道數(shù)據(jù)，這種信號(hào)觸發(fā)方式非常適合掌子面惡劣的工作條件。 探測(cè)范圍 地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)主要用于巖溶探測(cè)，亦可用于斷層破碎帶、軟弱夾層等不均勻體的探測(cè)，每 25m 一次，一次范圍為 30m，兩次重疊長(zhǎng)度應(yīng)在 5m 以上。 與施工工序銜接 地質(zhì)雷達(dá)探底要在隧道鋪底之前完成，具體探測(cè)時(shí)間由指揮部工程部安排。掌子面前方探測(cè)，數(shù)據(jù)采集前要求 工區(qū) 配合對(duì)掌子面進(jìn)行平整處理，使雷達(dá)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(jì)算機(jī)分析處理一般在 24 小時(shí)內(nèi)完成并報(bào)告有關(guān)部門(mén)。 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(biāo) 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)專項(xiàng)施工方案 34 雷達(dá)記錄應(yīng)清晰，反射波形、同 相軸明顯，不合格的記錄應(yīng)重測(cè)。對(duì)合格的記錄應(yīng)根據(jù)記錄的情況進(jìn)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(shí)間剖面。在時(shí)間剖面中應(yīng)標(biāo)出探測(cè)對(duì)象的反射波組，確定反射體的