TSP 超前地质预报QB/ZTYJGYGF-SD-0204-2023广州分公司 任晓锋 屈 强1 前言1.1 TSP 超前地质预报概况TSP 地质超前预报是勘察设计阶段以后工程地质工作的连续，主要目的为探测或推想开挖工作面前方围岩工程地质和水文地质状况，猎取具体牢靠的地质信息，如围岩类别、断层带和裂开带位置、性质、规模、富水等，进展信息反响并对探测到的地质状况进展综合分析，做出推断，提出地质预报成果，作为指导施工和优化支护参数、围岩类别变更等动态设计的依据1.2 TSP 超前地质预报原理隧道地震波法〔简称 TSP〕，其原理是通过小药量爆破所产生的地震波信号沿隧道方向以球面波的形式传播，在不同岩层中地震波以不同的速度传播，在其界面处被反射，并被高精度的接收器接收通过计算机软件分析前方围岩性质、节理裂隙分布、脆弱岩层及含水状况等，最终显示屏上显示各种围岩构造界面与隧道轴线相交所呈现的角度及掌子面的距离，并可初步测定岩石的弹性模量、密度、泊松比等参数以供参考2 工艺工法特点地质超前预报工作可进一步查清因前期地质勘察工作的局限而难以探查的、隐伏的重大地质问题，依据把握的地质灾难前兆和超前推想预报地质灾难，准时改进施工方法，调整施工工艺，确定防灾预案，进而指导工程施工的顺当进展； 施工地质工作可降低地质灾难发生的机率，在隧道施工阶段，TSP 超前地质预报技术是保证隧道顺当安全施工的重要地质预报手段，但需辅以其它地质预报手 段，才能保证其精度。
3 适用范围该法适用于简洁地质的大路、铁路等隧道工程施工，用于划分地层界限、查找地质构造、探测不良地质体的厚度和范围，但仪器在作业过程中对环境的要求较高，假设噪声过大则会影响采集数据的准确性4 主要引用标准14.1 《铁路隧道超前地质预报技术指南》〔铁建设【2023】105 号〕、《客运专线铁路隧道工程施工质量验收暂行标准》(铁建设[2023]160 号)、《铁路隧道施工标准》(TB10204) 、《大路隧道工程施工技术标准》〔JTG F60〕4.2 设计图纸、合同文件5 施工方法5.1 地震波反射法连续预报时前后两次应重叠 10m 以上，预报距离应符合以下要求：5.1.1 在脆弱裂开地层或岩溶发育区，一般每次预报距离 100m 左右，不宜超过 150m5.1.2 在岩体完整的硬质岩地层预报时，距离在 200m 以内较为准确5.1.3 隧道位于曲线上时，预报距离不宜太长5.2 接收器钻孔的布置要求5.2.1 距掌子面约 50m，距第一爆破孔 15～20m5.2.2 必需在隧道两壁各安置 1 个接收器，接收器安置高度与炮孔全都5.2.3 孔径 42~45mm，孔深 2m，应依据承受的藕合材料确定接收孔上倾还是下倾。
一般状况下，钻孔倾角应垂直隧道轴向，上倾 5°～10°5.2.4 接收器与孔壁的藕合必需严密，施测时隧道中应没有其它振动源5.3 采集信号时避开以下缺陷5.3.1 隧道内记录填写混乱，记录序号〔放炮号〕与炮孔号对应关系不清；5.3.2 承受非瞬发电雷管激发，或者初至波时间消灭无规律波动〔延迟〕；5.3.3 连续 2 炮以上〔含 2 炮〕记录不合格或空炮，或者存在相邻的不合格记录或空炮；5.3.4 空炮率大于 15%6 工艺流程及操作要点6.1 TSP 超前地质预报流程图观测系统设计施做标识钻炮孔、接收孔安装套管填装炸药仪器安装与测试数据采集数据分析并出具报告6.2 工艺参数图 1 TSP 超前地质预报流程图TSP 有效预报距离应到达：A 级地段 100 米，B、C 级地段 150 米需要预报区段大于有效预报距离时应屡次预报，两次预报重复长度不小于 10 米；参考既有资料、地质素描、 洞内外水文调查等资料6.3 操作要点及留意事项6.3.1 观测系统设计1 收集隧道相关地质勘查和设计资料2 依据隧道施工状况及地质条件，确定接收器〔检波器〕和炮点在隧道左右边墙的位置3 接收器和炮点位置应在同一平面和高度上。
4 隧道状况特别或需要探测简洁地质隐患时，必需依据相关理论细心设计观测系统6.3.2 施做标识在隧道现场，依据设计的观测系统，确定全部承受点和炮点的位置，并做出相应的标识6.3.3 钻炮孔、接收孔m接收孔12参考点隧道轴线17m掌子面m51.5m3m.接收孔21炮孔1224图 2 钻孔水平布置断面图1 应按设计的要求〔位置、深度、孔径、倾角等〕钻孔，炮孔垂直隧道轴向， 下倾 10°～20°2 一般状况下，钻孔位置不应偏离设定的位置；特别状况下，以设定的位置为圆心，可在半径 0.2m 的范围内移位；3 孔身应平直顺畅，能确保耦合剂、套管或炸药放置到位；4 在不稳定的岩层中钻孔时，承受外径与孔径相匹配的薄壁塑料管或 PVC 管插入钻孔防止坍孔6.3.4 安装套管1 用环氧树脂、锚固剂或加特别成分的不收缩水泥砂浆作为耦合剂，安装接收器套管；2 用电子倾角测量仪器量接收器的几何参数，并做好记录6.3.5 填装炸药1 填装炸药前，用电子倾角测量仪和钢卷尺测定炮孔的倾角和深度，并做好记录；2 炸药量的大小应通过试验确定；3 用装药杆将炸药装入炮孔的最底部；4 在激发前，炮孔应用水或其他介质填充，封住炮孔，确保激发能量绝大局部在底层中传播。
6.3.6 仪器安装与测试1 用清洁杆清洗套管内部；2 将接收单元插入套管，并应确保接收器的方向正确；3 采集信号前应对接收器和记录单元的噪声进展测试6.3.7 数据采集1 设置采集参数：采集参数主要包括采样间隔、采集数、传感器重量以及接收器；2 噪声检查：数据采集前，应对仪器本身及环境的噪声进展监测仪器工作正常，噪声振幅峰值小于 78dB 时，方可引爆雷管炸药，接收记录；3 数据记录：放炮时，准确填写隧道内记录，在放炮过程中应承受炮序号递增或递减的方式进展，确保炮点号正确6.3.8 内业资料分析与判释由取得相关试验检测证件的专业工程师进展数据分析，并提交以下资料： 1 现场数据记录表；2 X、Y、Z 三个重量的原始波形记录； 3 频率谱；4 纵横波分别后的 P、SH、SV 波形图；5 P、SH、SV 的极度偏移图〔横坐标为里程〕； 6 二维结果图〔横坐标为里程〕；7 反射面提取图；8 岩石参数曲线图〔横坐标为里程〕；9 电子文档7 劳动力组织人员人数主要任务工程负责人1全面负责测试工作的协调、组织、安排工作技术负责人1全面负责地质预报技术相关工作检测工程师〔为取得相关证件的专业人员〕2负责指导钻爆破孔、接收孔，安装接收器套管；负责测量基础数据，数据采集、数据处理和报告编写工作表 1 地质核查及地质超前预报组成员表爆破工人2负责装炸药、连接雷管线，放炮风钻操作工人2负责钻爆破孔、接收孔，安装接收器套管，炮孔灌水8 主要机具设备表 2隧道施工地质工作所需主要仪器设备表名 称所需数量备注TSP-2031 台水平钻机1 台数码相机1 部电脑1 台罗盘、地质锤、放大镜1 套9 质量把握9.1 在每一炮数记录后，应显示所记录的地震道，据此对记录的质量进展把握。
9.2 用直达波的传播时间来检查放炮点的位置是否正确，以及使用的雷管是否适宜9.3 依据型号能量，检查信号是否过强或过弱，假设直达波信号过强或过弱， 应将炸药适当削减或者增加9.4 依据初至波信号的特性，对信号波形进展质量把握，假设初至后消灭鸣震， 说明接收器单元没有与围岩耦合好或可能是由于套管内污染严峻造成，这样应清洁套管或重插入接收器单元，直至信号改善为止9.5 依据每一炮记录特征，了解存在的噪声干扰，必要时应切断干扰源，同时也可检查封堵炮孔的效果9.6 对记录质量不合格的炮，应重装炸药补炮，接收和记录合理的地震道10 安全把握10.1 安全留意事项10.1.1 全部工作人员进入隧洞内必需戴安全帽10.1.2 炸药、雷管必需依据需要领取，不得多领10.1.3 炸药、雷管必需有专人看管，使用前必需分开10.1.4 雷管不能放在接近电源的地方10.1.5 测试时必需设立安全警示员10.1.6 连接导线时工作人员不得正对着炮孔10.1.7 连接导线、灌水的工作人员未撤离到安全位置启爆器不得充电，不得放炮10.1.8 测试时接收器到掌子面段不得有其他无关人员10.1.9 测试时保证隧洞内的通风和照明。
10.1.10 钻孔完成后应实行措施保护，防止塌孔10.2 爆破要求10.2.1 遵守《爆破安全规程》的规定；10.2.2 使用毫秒级无延迟电雷管〔瞬发电雷管〕；10.2.3 炸药量应大于 200m 探测距离要求，一般 50g～75g，最多不大于 150g10.2.4 应保证炸药与炮孔严密藕合全部炮孔必需实行堵孔和注水措施10.2.5 在放炮之前应留意噪音监视，选择干扰幅度最小时放炮数据处理时选择适宜的滤波窗口，尽可能的予以消退11 环保措施11.1 避开炸药爆炸产生的有害气体和粉尘含量，削减对空气的污染，节约炸药等能源的消耗11.2 准时清理垃圾，避开乱倒引起环境污染12 施工实例12.1 工程概况及地质特征由中铁一局集团广州分公司承建的沪昆客运专线赵角湾 2 号隧道位于湖南省芷江县竹坪铺乡及土桥乡隧道起讫里程为 DK376+119~DK380+075,全长 3956m,为单洞双线隧道，最大埋深 187.52m，隧道区为低山丘陵地貌此次 TSP 超前地质预报在赵角湾 2 号隧道出口进展,掌子面〔DK379+892〕地层岩性状况为：砂岩，弱风化，钙质胶结间泥质胶结，红褐色，青灰色，节理裂隙发育，岩体稍完整，右侧局部强风化，褐黄色，节理裂隙发育，岩体较裂开， 层理近水平，偶有掉块现象，无基岩裂隙水。
围岩等级为Ⅲ级12.2 施工状况12.2.1 测点位置设置预报时掌子面位于DK379+892 里程处，在DK379+945 里程处布置预报接收孔， 接收孔距掌子面 53mTSP 现场数据记录见附表 112.2.2 测线测点布置在正洞右边墙〔面对掌子面〕的同一水平线上从外向里布置一个传感器钻孔和 24 个炮孔，传感器钻孔距第一个炮孔 15m，炮孔间距 1.5m，炮孔高度约 1.5m， 如图 2 所示12.2.3 预报成果本次 TSP 检测实际激发 20 炮，数据采集记录均合格，可用于数据处理和解释经过专用软件对有效数据进展处理，通过对二维结果图〔附图1〕和设计资料的综合分析，主要存在问题的区段如下：序 里 程 长度号 〔m〕表 3 主要存在问题的区段探 测 结 果 推 断该段围岩岩体较完整～较裂开，属硬岩；节理裂隙较发育，其中1 DK379+892～+85339 DK379+888～+872 段四周可能围岩脆弱、岩体裂开；地下水不发育，可能滴水、渗水， DK379+873 处四周可能发育地下水该段围岩岩体较裂开，岩石硬度下降，属硬～较软岩，节理裂隙2 DK379+853～+818 35。