超前地质特征预报和分祈ＴＳＰ系统对隧道工程日ｇ应用 Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｔｓｐ ｓｙｓｔｅｍ ｔｏ ｔｈｅ ｒｏｃｋｓ ｃｏｎｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ａｎｄ ｈｙｄｒｏｌｏｇｉｃａｌ ｇｅｏｌｏｇｙ ｏｆ ｔｕｎｎｅｌ ｉｎ ｔｈｅ ｄｅｐｔｈｓ ｕｎｄｅｒ ｇｒｏｕｎｄ 冯景伟’王宇 李炜。 （１西安科技大学，陕西西安７１００５４；２中国水利水电第三工程局有限公司，陕西西安７１００１６） 摘要：隧道施工不同于其它工程，最显著的特点就是对于施工前方地质情况不能很好的预知，在没有充分了解掘进前 方的地质情况下，无法优化开挖方案、支护手段，造成隧道塌方经常发生。在隧道开挖过程中，对掌子面前方岩性进行 比较准确的预报，可有效的防止地质原因引起的事故，加快施工进度及保证施工质量，目前常用的地质预报方法可归 为破坏法和非破坏法，各有优缺点，其中非破坏法中的ＴＳＰ隧道地震波预报技术具有预报距离长，探侧时间短等独特 优越性，据此本文针对沪蓉国道夹活岩隧道左线ＺＫ４９十３７５一ＺＫ４９＋２４３段运用ＴＳＰ２０３系统作长距离宏观控制，进行 现场测试分析研究，为提前确定合理的开挖、支护参数提供依据，确保隧道施工安全和质量。 关键词：超前地质预报；隧道施工；工程地质； 中图分类号：Ｕ２１２．２２文献标识码：Ａ文章编号：１００３—８９６５（２００９）０６－００８２—０３ １引言 置、产状及其围岩结构的完整性与含水的可能性， 为正确选择开挖断面、支护设计参数和优化施工方 隧道工程设计阶段的地质勘测由于其特殊性 案提供依据，并为预防隧道涌水、突泥、突气等可能 和目前技术局限，在设计勘测阶段往往只能以点代 线、以线代面，进行代表性区段的地质勘测，只能对 隧道穿越方向，大的地质环境进行分析。这种勘测 形成的灾害性事故及时提供信息，使工程单位提前 做好应对准备，保证施工安全，同时还可节约大量 资金。所以隧洞超前预报对于安全科学施工、提高 方法具有一定的不完整性、片面性。往往在施工过 程中，遭遇未能提前勘测的特殊地质环境，而引发 工程事故。 施工效率、缩短施工周期、避免事故损失、节约投资 等具有重大的社会效益和经济效益。 目前大部分隧道工程所采用的超前预报方法 有：超前钻孔、导洞法。是在施工开挖掌子面打水平 在隧道施工过程中，通过超前地质预报，及时 发现异常情况，预报掌子面前方不良地质体的位 （或倾斜）钻孔、水平导洞，查明掌子面前方一定范 围的隧道的工程地质、水文地质条件。一般是遇有 ８２ 则将会有重大地质问题时才采用超前钻孔、导 去，这种方法能取得看得见、摸得着的实物，直 实可靠。这种方法存在的问题是：打超前钻 ：洞时需要占用施工作业区掌子面，施工要停 寺：超前钻孔、导洞取得的成果虽然直观真实 但孔洞的截面积与隧道的截面积相比相差甚 时较长，费用较高，故不是隧道施工中超前地 艮的首选方案。 一ＳＰ（Ｔｕｎｎｅｌ Ｓｅｉｓｍｉｃ Ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ，隧道地震波 设备是由瑞士安伯格开发、生产的，是当前国 爱先进的隧道隧洞长期超前地质预报设备，也 行超前地质预报技术中的最重要手段。与其它 也质预报的设备相比，最大优点是：预报范围 有效预报掘进面前方及周围１００～１５Ｏ米范 勺地层状况）：数据采集耗时少、对施工过程无 切工作都在掌子面后进行，除采集数据时 环境噪声需暂停施工半小时左右外，其他工 义和掘进工作同时进行）；处理快捷；可现场评 需利用开挖面；操作简单；分辨率高；可靠度 点。能；隹确确定断层、弱岩带、岩溶、含水层 专体性质及空间位置，并可获得地层变化的二 豪。 ２ ＴＳＰ２０３工作原理 ＳＰ２０３隧道地质超前预报方法可以检测出 图１ ＴＳＰ２０３系统的方法原理与野外布设 掌子面前方岩性的变化，如：不规则体、不连续面、 断层和破碎带。作为一种预报方法，它不仅可以在 以钻爆开挖方式的隧道中使用，也可以使用在以 ＴＢＭ开挖的隧道中，而且不必接近掌子面。在隧道 中进行数据采集。 与其它反射地震波探测方法一样，ＴＳＰ２０３采 用了回声测量原理。地震波在指定的震源点（通常 布置在隧道的边墙，大约２４个炮点布成一条直线） 用小药量激发产生。地震波在岩石中以球面波形式 传播。当地震波遇到岩石物性界面（即波阻抗差异 界面，例如断层、岩石破碎带和岩性变化等）时，一 部分地震信号反射回来，一部分信号折射进入前份 介质反射的地震信号将被高灵敏度的地震检波器 接收。反射信号的旅行时间和反射界面的距离成正 比，故能提供一种直接的测量。 ＴＳＰ２０３超前地质预报系统的现场布置及测 试过程由一系列炮点、一到两个三维接收传感器 （Ｘ、Ｙ、Ｚ方向）、接收机及数据处理系统组成见图 １ ３工程应用 沪蓉国道主干线上宜昌至恩施段夹活岩隧道 是一座上下分离式特长隧道，左线长５１０７ｍ，右线 长５２２８ｍ，单线总长１０３３５ｍ，是沪蓉西高速公路 第二特长隧道。该隧道埋深为８００－１Ｏ００ｍ，穿越岩 层依次为二叠系下统茅口组、二叠系上统吴家坪 组、二叠系上统长兴组、二叠系下统飞仙关组，均为 可溶性碳酸盐岩，岩溶地质十分发育。前期勘测未 能全面揭示工程地质分布情况，地质报告阐述可能 出现的暗河、溶 ｌｑ等。 本次对夹活岩隧道左线ＺＫ４９＋３７５－ＺＫ４９＋ ２４３段探测采用瑞士安伯格测量技术有限公司 ＴＳＰ２０３超前地质预报设备。仪器设置如下： ８３ 图２ ＴＳＰ２０３超前探测平面布置图 ３．１记录单元 孔２４个，孔深１．５ｍ，间距１．５ｍ。在夹活岩隧道 （１）１ ２道 中炮孔布置如图２所示。每个炮孔炸药用量为 （２）２４位Ａ／Ｄ转换 ５０ｇ－１００ｇ，孔内采用瞬发电雷管逐个击发。 （３）采样间隔：６２．５ｐｓ （４）带宽：８０００ｈｚ ５资料解释与分析成果 （５）记录长度：７２１８采样点 （６）动态范围１２０ｄＢ 通过夹活岩隧道左线深度偏移剖面图、提取的 （７）道数：１～１２ 反射层及２Ｄ结果显示可以看出对ＺＫ４９＋３７５一 ３Ｉ２接收单元 ＺＫ４９＋２４３地段本次地质预报范围内围岩较硬，中 （１）三分量加速度地震检波器 前段节理、裂隙发育，稍破碎；中后段围岩较完整。 （２）灵敏度：１０００ｍｖ／ｇ＿＋５％ 详细的预测成果如表１。 （３）频率范围：０．５－５０００Ｈｚ ６结论 ４现场工作布置 （１）在隧道施工中，只要充分掌握地质情况，做 按ＴＳＰ２０３超前探测系统测量要求，实测时， 好断面参数设计，进一步优化掘进方案、支护手段， 观测系统布置一个接收孔，孔深２．０ｍ。地震波激发 按照目前的隧道施工技术水平，不管多么困难的地 表１ＴＳＰ预测结果表 序号 里程 长度（ｍ） 推断结果 １ ＺＫ４９＋３７５～ＺＫ４９＋３５７ １８ 围岩节理发育。 ２ ＺＫ４９＋３５７～ＺＫ４９＋３２４ ３３ 围岩节理裂隙发育，稍破碎，局部含水。 ３ ＺＫ４９＋３２４－ＺＫ４９＋２８０ ４４ 围岩节理发育，岩石较硬。 ４ ＺＫ４９＋２８０￣ＺＫ４９＋２４３ ３７ 围岩较完整。 （下 接９４页） 价，提高经济效益。 ６结语 参考文献 建筑工程造价管理应贯穿于建设的全过程，即 从决策任务书（可行性研究报告）投资估算开始至项 目竣工决算为止。其涉及面广，情况多变，形式繁 杂，是一项政策性、技术性和经济性很强的、复杂的 建设管理系统工程。工程造价管理不仅仅是经济问 ［１］沈杰．《工程造价管理》［Ｍ］．南京：东南大学出版社， ２００６：１０，１５ 【２】李惠强．《工程造价与管理》［Ｍ］．上海：复旦大学出版 社，２００７：８～１７ 题，也是集经济、技术、管理于一体的综合学科。工 程造价的高低，直接反映着投资效益的好坏，充分 体现着项目的工作质量和管理水平。所以，在工程 建设中，必须把造价管理工作真正作为核心工作来 『３】《中华人民共和国建筑法》［Ｓ］．北京：中国法制出版 社．１９９７：６ ［４］国家计委政策法规司，国务院法制办财政金融法 司《中华人民共和国招标投标法释义［Ｍ］．北京：中国 计划出版社，１９９９：６８ 抓，对建设项目的立项、设计、施工全过程进行合理 的造价控制，把估、概、预、决算互相衔接，环环紧 扣，相互制约，全面控制才有可能真正降低工程造 ［５１，＞３小君．建筑工程造价管理中存在的问题探讨［Ｊ］．《现 代商业｝２００８，（２３） （ｔ－接８４页） 段都有办法安全、顺利的通过。这也充分说明了在 会有操作更简单、探测更准确、计算机处理水平更 高的超前地质预报系统应运而生，为我国的基础建 隧道施工中地质工作的重要性。 （２）目前我国在建的公路铁路隧道、水工隧洞、 设作出更大贡献。 地下工程等，基本全部采用“新奥法”，ＴＳＰ系统的 运用，可有效提供地下工程超前地质分析与预报， 为“施工一设计一施工”的实施操作，提供了有效且 直观的支持。 （３）在夹活岩隧道左线施工中采用的ＴＳＰ２０３ 超前地质预报系统所展示的资料解释成果准确的 给出了该隧道掌子面前方１ＯＯｍ范围内的围岩情 况，为下一步施工提供一定依据，同时为该隧道的 （１）吴世林，《隧洞超前地质预报的新方法一ＴｓＰ》。中国 铁道出版社。２００２年． 参考文献 （２）刘志刚、赵勇编著。《隧道隧洞施．Ｙ－－地质技术》。中国 铁道出版。２００１年 （３）４－－Ｔ振宁。铁路隧道地质超前预报技术的应用和建议 顺利安全而提前贯通作出了一定贡献。 （４）由于超前地质预报工作需要比较专业的技 术知识，因此推广起来有一定难度。但随着人们对 隧道超前地质预报重要性的更进一步认识和科技 的迅猛发展，以及相关专业人员的不懈努力，一定 ９４ 【ｃ】．隧道地质超前预报技术交流研讨会论文集．铁道部工程 管理中心．２００４年。 ｒ （４）叶英。隧道超前地质预报方法探讨［ｃ】．全国公路隧 道学术会议论文集．北京：人民交通出版社．２００３年。