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TSP203地质超前预报系统在隧道工程中的应用 　　摘要：地质超前预报是隧道施工过程中的一个重要环节。本文介绍了TSP203超前地质预报系统的组成、探测原理、解译技术并对隧道的地质条件进行探测，初步掌握了掌子面前方围岩的地质情况和水文地质状况等信息，预报了隧道围岩级别，为安全和高效施工提供了有力保障。 　　关键词：TSP203；隧道施工；地质超前预报 　　 　　中图分类号：U452.1+7 　　文献标识码：B 　　文章编号：1008-0422（2008）06-0135-03 　　 　　1引言 　　 　　隧道是修筑在地下的结构物，其所处的地质条件有很大隐蔽性和不确定性。为了确保施工的安全和高效地进行，有必要事先了解地质情况，为隧道工程以及变更施工工艺提供依据。因此有必要在隧道施工期间采取地质超前预报。 　　 　　2TSP203基本原理 　　1 　　TSP203（Tunnel Seismic Prediction）超前地质预报系统，是由瑞士安伯格测量技术公司专门为隧道和地下工程超前地质预报研制开发的目前世界上物探方面最为先进的地质预报设备。它具有使用范围广、探测时间短、对隧道施工干扰小、探测、解译距离远、分辨率高的优点。既可用于极软岩层,也可用于极硬岩层的地质超前预报。预报距离长,能够预报开挖掌子面前方100～200m范围内的地质状况。 　　与其它反射地震波方法一样，TSP203采用了回声测量原理。地震波在指定的震源点（通常在隧道的左边墙或右边墙，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方介质，直至震动波能量全部被吸收。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，故而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、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）。 　　根据隧道的具体地址条件，选定出探测的观测系统的位置，布设炮点，安装接收钢套管。接收器的位置，从掌子面位置往回退55m。接收器与第一个炮点S1之间的距离，必须在20m范围内，不应少于15m。炮点间的距离S1、S2、S3……之间的距离以1.5m为宜(见图2)，不应超过2m。如探测距离较短时，也可以减小。为确保TSP203的探测精度，每条观测线上的炮点总数必须大于18个。接收器位置和炮点深度应标记在隧道墙壁上，并记录在案。炮点应布设在同一水平面上，对于X轴方向，如有高差＞±1m台阶时应予削平。 　　TSP203系统由测得的从震源直接到达传感器的传播时间换算成地震波传播速度: 　　（1） 　　式中，X1为爆破孔到传感器的距离，m； T1为直达波的传播时间。 　　在已知地震波的传播速度下，就可以通过测得的反射波传播时间推导出反射界面与接受传感器的距离，以及在隧道断面的距离，其理论公式为： 　　 　　式中，T2为反射波传播时间；X2为爆破孔与反射界面的距离；X3为传感器与反射界面的距离。 　　通过测得的纵波波速vp和横波波速vs，利用针对变质岩、火山岩、深层岩和沉积岩四类岩石类型所使用不同的经验公式和从TPSWin软件获得的岩石密度ρ以及下列公式，就可以求出各个动态参数。 　　动态弹性模量： 　　 　　3现场探测与资料获取 　　 　　3.1 现场工作布置情况 　　隧道现场施工采用三台阶开挖方式，掌子面平整度一般，掌子面宽度17m，高9m。本次TSP203检测掌子面的里程桩号为：ZK55+826，24个炮点中，距掌子面最近的4.0m，检波器距距离最近炮点18m。 　　3.2 仪器及现场工作方式 　　本次探测采用TSP203超前地质预报系统的仪器参数设置如下: 　　记录单元： 　　① 12道；②24位A/D转换；③采样间隔：62.5μs；④带宽:8000hz;⑤记录长度：7218采样点;⑥动态范围120dB;⑦道数：1-12。 　　接收单元： 　　① 三分量加速度地震检波器；②灵敏度：1000mV/g±5%；③频率范围：0.5～5000Hz。④ 工作环境温度0～65℃。 　　软件系统采用MS Windows作为软件平台,TSPwin处理及评估软件具有高度智能化,有自动和高级两种处理方式可供选择。其数据处理流程主要包括：①初步选定原始波形(X、Y、Z); ②选定波谱分析窗口；③对原始波形进行波谱分析; ④进行带通滤波处理：:输入波谱图梯形4个顶点横坐标,滤掉其余部分波形图,保留梯形面积的波形图; ⑤调节、选择、拾取初至波; ⑥确定纵横波、初至