淺談地質(zhì)超前預(yù)報(bào)中TSP203PLUS與地質(zhì)雷達(dá)的綜合應(yīng)用

淺談地質(zhì)超前預(yù)報(bào)中TSP203與地質(zhì)雷達(dá)的綜合應(yīng)用摘要：隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)在隧道的開挖中作用十分重要。選擇有效的預(yù)報(bào)措施對(duì)隧道的開挖中的人員、設(shè)備和隧道洞室的支護(hù)具有重要的意義。本文對(duì)TSP203和地質(zhì)雷達(dá)的工作原理以及在施工中的綜合應(yīng)用實(shí)例系統(tǒng)的作了闡述。關(guān)鍵詞：地質(zhì)超前預(yù)報(bào)、TSP203、地質(zhì)雷達(dá)、綜合應(yīng)用1前言隨著我國鐵路和公路技術(shù)等級(jí)的不斷提高，長大隧道在路網(wǎng)中的含量在逐步增加，隧道工程施工工期要求也越來越高，大跨度隧道在新奧法施工中對(duì)地質(zhì)條件要求更趨量化。由于隧道工程的復(fù)雜性和不可預(yù)見性，在現(xiàn)有的技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件下，隧道施工中各種不良地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)測(cè)和治理成為隧道施工中面臨的最主要任務(wù)，目前采用的方法主要有地質(zhì)調(diào)查法、超前鉆探法、物探法（TSP法、地質(zhì)雷達(dá)法、紅外探測(cè)、高分辨直流電法）、超前導(dǎo)坑預(yù)報(bào)法等。TSP法和地質(zhì)雷達(dá)法是目前國內(nèi)外超前預(yù)報(bào)方法中較為先進(jìn)的預(yù)報(bào)方法。TSP是以巖石的波阻抗差異為基礎(chǔ)，而地質(zhì)雷達(dá)是以巖石的介電常數(shù)差異為基礎(chǔ)，TSP探測(cè)預(yù)報(bào)距離長，可獲的多個(gè)力學(xué)參數(shù)，而地質(zhì)雷達(dá)預(yù)報(bào)對(duì)水和空洞比較敏感，且分辨率高。本人認(rèn)為以長距離預(yù)報(bào)見長的TSP法短距離預(yù)報(bào)快速的地質(zhì)雷達(dá)法有效結(jié)合，基本可以滿足大部分隧道的地質(zhì)預(yù)報(bào)2方法原理介紹2.1TSP原理、方法圖1TSP探測(cè)原理地層或斷層入射波前反射波前震源檢波器檢波器隧道TSP方法屬于多波多分量高分辨率地震反射法。地震波在設(shè)計(jì)的震源點(diǎn)（24個(gè)炮點(diǎn)，通常布置在隧道軸向與構(gòu)造走向相交為銳角的隧道邊墻，）用小量炸藥激發(fā)產(chǎn)生。當(dāng)?shù)卣鸩ㄓ龅綆r石波阻抗差異界面（如斷層、破碎帶和巖性變化等)時(shí)，一部分地震信號(hào)反射回來（圖圖1TSP探測(cè)原理地層或斷層入射波前反射波前震源檢波器檢波器隧道2.2地質(zhì)雷達(dá)原理地質(zhì)雷達(dá)作為工程物探的一項(xiàng)新技術(shù)，具有連續(xù)、無損、高效和高精度等優(yōu)點(diǎn)。地質(zhì)雷達(dá)由一體化主機(jī)、天線及配套軟件等部分組成，根據(jù)電磁波在有耗介質(zhì)中的傳播特性，地質(zhì)雷達(dá)以寬頻帶短脈沖的形式向介質(zhì)內(nèi)發(fā)射高頻電磁波(幾MHz-幾GHz)，當(dāng)其遇到不均勻體(界面)時(shí)會(huì)反射部分電磁波，其反射系數(shù)由介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)決定，通過對(duì)雷達(dá)主機(jī)所接收的反射信號(hào)進(jìn)行處理和圖像解譯，達(dá)到識(shí)別隱蔽目標(biāo)物的目的(見圖2)。數(shù)據(jù)采集雷達(dá)圖雙曲線數(shù)據(jù)采集雷達(dá)圖雙曲線當(dāng)滿足下面條件時(shí)，隱蔽物可由雷達(dá)探出：在天線信號(hào)范圍之內(nèi)當(dāng)滿足下面條件時(shí)，隱蔽物可由雷達(dá)探出：在天線信號(hào)范圍之內(nèi)信噪比適當(dāng)雷達(dá)可測(cè)量信號(hào)到達(dá)目標(biāo)的傳輸時(shí)間，利用傳播速率計(jì)算出目標(biāo)的距離圖2地質(zhì)雷達(dá)工作原理示意圖電磁波在特定介質(zhì)中的傳播速度V是不變的，因此根據(jù)探地雷達(dá)記錄上的地面反射波與反射波的時(shí)間差ΔT，即可據(jù)下式算出異常的埋藏深度H：(1)式中，H即為目標(biāo)層厚度；V是電磁波在地下介質(zhì)中的傳播速度，其大小由下式表示：(2)式中，C是電磁波在大氣中的傳播速度，約為3×108m/s；ε為相對(duì)介電常數(shù)，取決于地下各層構(gòu)成物質(zhì)的在成果解釋中，以P波資料為主對(duì)巖層進(jìn)行劃分，結(jié)合橫波資料對(duì)地質(zhì)現(xiàn)象進(jìn)行解釋：1)ZK60+594～ZK60+624段：長度約30米，本段圍巖強(qiáng)度基本穩(wěn)定，其中ZK60+602～ZK60+606段及ZK60+612附近節(jié)理較發(fā)育，注意做好支護(hù)，防止局部掉塊。2)ZK60+624～ZK60+642段：長度約18米，ZK60+624～ZK60+629段在開挖掌子面的右半部位圍巖巖性較差，節(jié)理較為發(fā)育，可能含水。建議此處區(qū)域加強(qiáng)支護(hù)，防止塌方。ZK60+634～ZK60+642段開挖面右半部位弱反射明顯，可見該處圍巖強(qiáng)度較低，鑒于巷道底板距隧道頂部較近，提請(qǐng)施工至此時(shí)特別注意加強(qiáng)支護(hù)。3)ZK60+642～ZK60+710段：長度約68米，ZK60+642～ZK60+655段附近圍巖強(qiáng)度降低。其中ZK60+660附近圍巖強(qiáng)度降低明顯，節(jié)理較發(fā)育，巖性變化較大，推斷其可能為煤層，此處施工過程中提前做好防護(hù)工作，防止發(fā)生坍塌。ZK60+678～ZK60+710段圍巖較為穩(wěn)定，但巖性較差。3.2.2地質(zhì)雷達(dá)法的數(shù)據(jù)處理與評(píng)估此次用地質(zhì)雷達(dá)預(yù)報(bào)的范圍是ZK60+570～590；探地雷達(dá)數(shù)據(jù)處理包括預(yù)處理（標(biāo)記和樁號(hào)校正，添加標(biāo)題、標(biāo)識(shí)等）和處理分析，其目的在于壓制規(guī)則和隨機(jī)干擾，以盡可能高的分辨率在探地雷達(dá)圖像剖面上顯示反射波，突出有用的異常信息（包括電磁波速度，振幅和波形等）來幫助解釋。附圖1云臺(tái)山隧道左線拱頂中線ZK60+570～590雷達(dá)剖面圖（圖中框內(nèi)表示采空區(qū)，下同）附圖2云臺(tái)山隧道左線拱頂左測(cè)線ZK60+590～570雷達(dá)剖面圖附圖3云臺(tái)山隧道左線拱頂右測(cè)線ZK60+570～590雷達(dá)剖面圖經(jīng)過地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)，獲得的雷達(dá)探測(cè)剖面見附圖1～附圖3。根據(jù)探測(cè)剖面分析得出成果如下：在ZK60+582.5~584.5段發(fā)現(xiàn)拱頂后方有采空區(qū)，頂部距離隧道表面5米；在左側(cè)測(cè)線上，ZK60+579~577段，拱頂后方可能有采空區(qū)，頂部距離隧道表面6米。對(duì)上述預(yù)報(bào)結(jié)論的驗(yàn)證表明，TSP法對(duì)斷層和破碎帶的預(yù)報(bào)結(jié)果與實(shí)際基本相符，地質(zhì)雷達(dá)法對(duì)采空區(qū)的位置的預(yù)報(bào)與實(shí)際相符。4結(jié)語通過工程實(shí)踐，筆者對(duì)隧道的超前預(yù)報(bào)工作方面有了一些認(rèn)識(shí)，得出以下結(jié)論：對(duì)于所有隧道的地質(zhì)預(yù)報(bào)工作，必須地質(zhì)調(diào)查為先再采用TSP和地質(zhì)雷達(dá)的有效結(jié)合，可滿足絕大部分隧道的地質(zhì)預(yù)報(bào)工作對(duì)于圍巖較好的區(qū)段采用TSP法就可以得到滿意的預(yù)報(bào)結(jié)果對(duì)于一些地質(zhì)情況復(fù)雜，應(yīng)針對(duì)其特有的不良工程特性，采用超前水平鉆探、