TGP206隧道地质超前预报仪在灰嘎隧道隧道建设中的应用

李美娱

（浙江交科工程检测有限公司，浙江杭州310012）

在改革开放不断深入的过程中，国内经济一直保持在较高的增速，同样的，国家对于交通基础设施的建设投入也迅速增加。大量的长大的高速公路在建设过程中不免穿越一些特殊的地层构造，在施工中对前方地层情况掌握不准确的情况下，很容易发生突泥突水甚至坍落的工程安全问题。超前地质预报是针对隧道掌子面前方围岩情况进行预判的一种重要的监测手段，根据相应的地质预报结果和现场周边的地质情况，可以及时地对围岩的级别以及相应的设计参数进行调整，保证施工过程的安全稳定。本文采用TGP206超前预报方法，对攀大高速公路灰嘎隧道开展了超前地质预报［1-2］。

1 工程概况

灰嘎隧道右线K28+516～K33+232，长4716m，最大埋深524m，设计路面标高1233.70～1307.52m。

隧址区在区域位于川西南高山峡谷区，场区则属于中山构造剥蚀地貌，隧道轴线左侧山峰最高点地面高程约为1998.5m，场地北侧隧道出口附近灰嘎沟沟谷高程约1200m，相对高差798.5m。隧址区山岭两侧各发育一条较大的冲、溪沟，一条为灰力苏沟，位于进口段，总体走向约102°，长约4.2km，属“V”型沟谷，冲沟底宽10～15m，上游由众多树枝状支沟汇集而成，纵坡一般5°～10°，下游纵坡2°～5°，最终汇入红岩村主沟，两岸横坡一般25°～35°，该冲沟有季节性水流，雨季受大气降水补给，冲沟有水，旱季时则无水。另一条发育的溪沟为灰嘎沟，位于出口段，总体走向约5°，长约8.5km，上游由众多树枝状“V”型支沟汇集而成，下游为宽缓的“U”型沟谷，溪沟底宽10～20m，纵坡一般2°～5°，两岸横坡25°～40°，最终汇入金沙江，沟内常流水，水量受季节影响变化大。

隧址区内出露地层主要有新生界第四系全新统崩坡积层，坡洪积层、冲洪积层、滑坡堆积层及中生界侏罗系下统冯家河组、三叠系上统大箐组上段。

本次灰嘎隧道右线进口超前地质预报掌子面里程为K28+604，洞口地段有厚2.50～6.40m的块石土覆盖层，下伏为泥砂岩互层夹炭质页岩，岩层总体倾坡内，为逆向交结斜坡，长大外倾节理不发育，下伏岩体无向坡外滑移条件。洞口后侧斜坡以前崩坡积碎石为主，未见滑移、拉裂、变形迹象，斜坡整体稳定。地下水较丰富，围岩级别为Ⅴ级。掌子面素描如图1所示。

图1 K28+604处掌子面素描图

2 TGP206超前地质预报系统原理

隧道地震波超前预报是利用地震波在岩体传播过程中，在声阻抗界面会产生地震反射波，利用仪器设备采集隧道岩体中地震波传播的信息，通过相关处理系统进行数据处理，结合已有的地质资料综合分析，实现对隧道前方地质条件的推断，达到地质超前预报的目的［3-4］。地震波震源一般采用小药量炸药在隧道边墙的风钻孔中爆炸产生，激发炮孔在洞壁一侧沿直线布置，一般采用24个炮孔，炮孔布置见图2。在炮孔段的传播速度,各构造面之间岩体的速度是综合界面反射获得的“估算速度”,不是隧道围岩的真速度,应用中结合反射点偏离隧道轴线距离的远近和岩体的各项异性分布综合考虑使用。

图2 炮孔布置图［5］

3 TGP成果解释

灰嘎隧道右线K28+604～K28+704段TGP法反射层位及物理力学参数等成果图，如图3所示的三分量波形图。从图3可见，同侧X、Y、Z分量直达波明显，纵横波分明，各道相关性较好。因此，本次采集到的原始数据质量较好，可靠性较高，可进一步处理、解释［6］。

图3 同侧原始波形图

同侧纵波偏移成像如图4～图5所示。根据隧道地勘资料与施工揭露的实际情况并结合本次预报得到的纵波比速度分布，可将本次预报里程段分为3个主要围岩变化分区段，这里结合图1～图5就各分段的围岩变化情况分析说明如下：

（1）K28+604～K28+634围岩段，长度约30m：纵波波速较为平缓稳定，在K28+634附近纵波波速出现明显的波动上升，横波波速基本无变化，纵波绕射波呈现较强的冷暖交替变化，纵波有反射，横波基本无反射；在区段中部纵波有小波动，推测该段围岩条件较掌子面无明显的变化，但是在K6+624和K6+627附近有可能存在岩层薄弱面，该段为块石粉质粘土，层间结合差，受构造影响强烈，岩体碎裂结构为主，有少量基岩裂隙、孔隙水；注意施工安全，建议及时支护，预测该段围岩等级为V级。

（2）K28+634～K28+681围岩段，长度约47m：纵波波速逐渐上升，横波波速基本无变化，绕射波呈现较强的冷暖交替变化，纵波反射明显，横波基本无反射。推测此段围岩岩性较前一段变差，围岩存在较多的软弱破碎面，围岩较差，节理发育，地下水较发育；特别在+640，+662，+681左右围岩较破碎，施工时要加强注意。预测围岩等级为V级偏差，建议施工时注意碎石掉落，注意施工安全，建议及时支护。

（3）K28+681～K28+704围岩段，长度约23m：纵波波速没有明显变化，横波波速基本稳定，纵、横波均无反射，绕射波整体较为均匀。推测该区段围岩岩性较前段无明显变化，围岩完整性较前段无明显变化，节理发育一般，地下水发育。预测围岩等级为V级，施工中应注意岩块从洞顶和边壁掉落。

总体来说，本预报段内围岩较差，未发现有重大地质病害出现，岩体主要以含块石粉质粘土为主，该岩体单体强度较差，节理发育，地下水较发育，局部范围围岩较破碎。本预报段内围岩级别推定：K28+604～K28+704为Ⅴ级。

图4 同侧绕射偏移图

本次TGP超前地质预报结束后，为了验证预报是否准确，对隧道实际开挖情况进行了跟踪，并对开挖后围岩的实际地质情况进行了及时反馈。开挖结果表明，在K28+662位置围岩节理裂隙发育，岩体破碎，地下水丰富。开挖结果与之前TGP预报结果相吻合。

图5 同侧反射界面图

4 结论与讨论

在灰嘎隧道案例中，实际开挖过程显示：开挖进行到K28+662附近时，围岩破碎程度开始增加，稳定性较差，并且在该区域附近出现了局部涌水现象但是涌水量较小。在现场情况与地质预报情况对比后发现与实际情况基本符合，有效地对施工起到了指导作用［7］。

隧道的地质超前预报TGP206系统是一种较为安全成熟的探测技术,它通过地震波在隧道围岩中的传播对掌子面前方的岩性进行合理的评估，是一种间接无损检测的有效方式;该系统在操作过程中较为方面快捷，对施工进程的影响不大，同时根据获得数据进行分析，得到前方围岩的可靠评估，从而能够有效地减少在施工过程中可能遇到的工程地质问题，对于隧道的施工安全和施工成本起到了非常重要的作用［8-9］。

但是由于现场地质条件的复杂性以及技术能力的有限性,其探测精度不可能是完全准确的。因此为了提高TGP206系统的预测精度，需要不断积累经验，避免受到现场噪音的影响，还需要结合其他多种探测手段的结果,将其他物探方法得到的结果进行比较验证,同时必须参考隧道的详勘资料，从而取得最佳的预报效果、积极指导施工。