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准朔铁路ZSXS-3标合同段 哈镇隧道 超前地质预报 技术报告 中铁物探勘察有限公司 二○一○年十月 准朔铁路ZSXS-3标合同段 哈镇隧道 进口端：DK174+940～DK175+060段 超前地质预报 （TSP法） 技术报告 编 写：赵光敏 复 核：张 宇 中铁物探勘察有限公司 二○一○年十月一、任务依据及目的要求 受中建股份公司准朔铁路工程三标指挥部委托，中铁物探勘察有限公司采用TSP200仪器对哈镇隧道进口端进行超前地质预报，目的是探测隧道DK174+940～DK175+060段的地质情况。 二、TSP法原理简介 TSP（Tunnel Seismic Prediction ahead）法，即隧道前方地震预报或超前地质预报，它的基本原理如下： 如图1所示，在隧道掌子面附近边墙一定范围内布置激发孔，通过在孔中人工激发地震波，所产生的地震波以球面波的形式在隧道围岩中传播，当围岩波阻抗发生变化时（例如遇岩溶、断层或岩层的分界面），一部分地震波将会被反射回来，另一部分地震波将会继续向前传播。反射的地震波由高精度的接收器所接收并传递到主机形成地震波记录（见图2）。 图1 TSP法工作原理示意图 图2 TSP采集波形记录 对TSP200仪器采集的数据利用TSPwin软件进行处理，可以获得隧道掌子面前方的P波、SH波和SV波的时间剖面、深度偏移剖面、岩石的反射层位、物理力学参数、各反射层能量大小等中间成果资料，同时还可得到反射层的二维和三维空间分布，根据上述资料预报隧道掌子面前方的地质情况，如溶洞、软弱岩层、断层、裂隙及富水情况等不良地质体。 三、工程地质概况 哈镇隧道位于准朔铁路三标段内，隧道进口端DK174+940～DK175+060段的地质概况为：地层主要为紫红色泥质沙岩与灰白色砂岩互层局部夹泥岩，岩体较破碎，层状、块石碎石状结构，岩质较软，易塌方应加强支护。 四、野外工作 1、仪器设备 TSP200仪器主要由三分量检波器、记录单元及起爆装置组成。三分量检波器用来接收地震波信号；记录单元将接收到的地震波信号进行放大、模数转换和数据记录，同时还进行测量过程控制；起爆装置则用于引爆电雷管和炸药,人工激发地震波。 2、观测系统 隧道出口端：在隧道DK174+890的左、右边墙位置分别布置一个地震波信息接收孔，孔径为40mm。在DK174+905～DK174+940段的左边墙位置，按约1.5m的间距布置24激发孔分别激发地震波，激发孔孔深1.5m左右，孔径约40mm，孔向下倾斜约10o，激发孔装填的药量为60 g～100g，激发孔和接收孔基本保持在同一个高度上。 五、资料处理与解释 1、资料处理 将现场采集的资料传输至计算机，利用TSPwin软件对其进行处理，TSPwin软件主要由数据库、处理、计算反射界面三部分组成。 1）数据库 编辑现场采集的数据和定义观测系统。 2）处理 对原始数据进行放大、能量均衡、滤波等流程的处理。 3）计算反射界面 在波形处理后，从地震波形记录中拾取纵波波至和横波波至，根据爆炸点与检波器的距离可分别计算各段围岩的纵波速度vp和横波速度vs。 vp和vs值的大小综合反映了围岩的物理力学性质，根据vp和vs值可直接计算动力学参数，即计算动弹性模量Ed、动剪切模量Gd和泊松比μd，计算式如下： Ed=ρvs2（3vp2-4vs2）/（vp2-vs2） Gd=ρvs2 μd=（vp2-2vs2）/2（vp2-vs2） 其中，ρ为围岩的密度。 根据绕射重叠法原理（与常规地震反射资料处理中偏移流程的原理类似）计算反射界面与隧道的相对位置，即与隧道轴线的交角或至掌子面的距离。 2、资料解释 根据TSP法的原理，把距离隧道轴线近、能量大的反射波组判释为围岩异常区，并综合频谱分析资料、地震波速、反射波相位、泊松比和动态杨氏模量等参数对围岩异常区的类别进行划分。 十、结论 1、哈镇隧道进口端 本次预报时掌子面里程为：DK174+940，预报里程范围为DK174+940～DK175+060段。 1) DK174+940～DK175+060段：长度约120米，岩体较破碎，层状,块石碎石状结构，岩质较软，顶板易脱落，应加强支护，建议围岩级别为Ⅳ级。 应特别说明的是：围岩级别的确定涉及到岩（土）的完整程度、坚硬程度、地下水、地应力及隧道埋深等因素，地震波速与围岩级别虽有一定的间接相关关系，但目前还没有建立起它们之间直接的相关关系，因此，仅依据TSP法资料还无法准确确定围岩级别，因此本报告提供的围岩级别仅供参考。 七、附图 见图3-图5。 图3 数据采集图及频谱图 图4 深度