TSP203技术在铁路隧道工程中的应用
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1TSP（tunnelseismicprediction）203技术概述
TSP203技术就是采用波的形式来探测岩层结构，波从一激发点传播经不同的岩层以折射或反射的方式再返回到接收点，以此可以反映出不同的波速，从而就能反映不同的地质条件。波的生成主要靠炸药爆破产生的振动波，接收则是由传感器控制的。从波速与岩层密度的关系；当岩层含水时爆破得到横向波就会消失，因为水无抗碱性，这样应用公式就会勘探出岩层是否含有水。因此，实际施工过程中，为了保证隧道各项施工的安全性，避免在挖掘时出现塌方或者海水倒灌等情况，可以积极的利用TSP203技术进行相应的地质预报，以获得更多有用的信息，更好的指导具体的施工。
1.2TSP203技术原理分析
TSP是一种多波多分量地震反射法，具有较高的分辨率。在不均匀地质体中，地震波会产生不同的反射波特。而基于这一情况，便可以利用TSP203技术技术对隧道掘进面的周边以及前方等区域的地质状况进行分析和预报，达到超前预报的目的。应用过程中，按照实际情况和预报的需要，合理的设置震源点。然后，在震源点利用少量的炸药获得地震波。地震波产生之后，在传播的的过程中会遇到不同的岩石波阻抗差异界面，于是，地震信号一部分会发生反射，另一部分则会发生透射作用，进入前方的介质之中。利用具有较高灵敏度的检波器接收反射回来的地震信号，并利用TSPwin软件进行处理，便可以得到相应的地质信息。工作人员通过对这些信息进行分析，便可以对各种不良地质体的具体性质予以全面的了解。实际施工过程中，通过工程物探与地质分析方法相结合是方式，对复杂地质条件下隧道进行现场探测，确定断层、破裂带、含水带等不良地质现象的识别模型、岩体结构特征和物性参数特征，采用隧道综合超前预报技术，可以显著提高不同地区复杂地质条件下隧道综合地质超前预报的准确率。
1.3TSP超前地质预报目的分析
1）对施工前期阶段的勘查结果予以进一步明确，了解是否存在未被探明的重大地质问题，进一步提高施工的针对性和安全性。
2）对可能出现的地质灾害进行分析，减少施工过程中各种灾害的出现，提高隧道施工的安全水平。
3）为隧道施工提供可靠的信息和资料，提高隧道动态设计的科学性，提高施工的效率和效果。
4）为隧道长期安全运营提供所需的各项基础资料。
2.1工程概况
1）工程名称：严家塔隧道。
2）工程位置：黄土梁峁区。
3）基本情况：地形起伏较大，多开辟为耕地，隧道进口里程改MDI-IK45+645.24，出口里程改MDIIK47+400，全长1754.76米，其中黄土V级594.76米，IV级750米，III级410米，隧道最大埋深155.43米。
4）隧道区情况：隧道区地层为第四系上新统坡洪积新黄土，中更新统洪积老黄土第三系粉质粘土，粗圆砾土，二叠系上统砂岩级泥岩，土壤最大冻深1.04米。工点范围内特殊岩土为：湿陷性黄土、膨胀岩。工程范围内不良地质主要有坡面溜坍、错落、滑坡等。
2.2TSP技术的具体应用
1）TSP超前探测内容为：在施工之前，对节理密集地段、地层软硬相间、不同岩性接触带、富水段、浅埋地段等进行重点探测。
2）TSP203plus超前地质预报系统的组成为：a.记录单元。b.地震波接收。利用三分量加速度地震检波器对地震波进行接收，具有灵敏度高、操作范围大等特点。其中，频率范围为0.5～5000Hz，操作温度范围为0℃～65℃，灵敏度为1000mV/g±5%，共振频率9000Hz，横向灵敏度＞1%。c.数据采集与处理。利用TSPwin软件对得到的相关数据进行处理，获得所需信息。
3）测线布置情况：在设置炮孔的时候，孔深设为1.5m，数量设为24个，直径设为38mm，离地高度设为1m左右。在设置炮孔位置的时候，要将其设置在隧道右边墙，并合理的进行间距设置。其中，第一个孔和接收器之间的距离要保持在16m，剩余的不同炮孔之间均以1.5m为间距。在方向方面，为保证激发的时候水可以对炮孔予以封填，炮孔要保持沿轴径向，并向下方倾斜一定的角度，角度保持在10~20°即可。接收器孔。位置：在隧道边墙（面对掌子面），距离掌子面大约50m。数量：2个，隧道左、右边墙各一个。直径：φ43~45mm/孔深2m。布置：沿轴径向，用环氧树脂固结，向上倾斜10°左右。高度：离地面1m。
4）数据采集。在进行预报相关数据处理的时候，主要分为两个部分，一部分是洞内的数据采集，另一部分是室内的数据分析、处理。a.钻接收器孔一共为2个，具体情况如测线布置所示。b.钻爆破孔一共24个，具体情况见测线布置。c.埋置接收器管：将环氧树脂放入接收器孔中，然后将接收器管旋转插入孔内，15分钟后环氧树脂、接收器管与周围岩体就能很好地粘结在一起。d.装药：每爆破孔装药量大约75g（岩石2#乳化炸药），具体进行装药的时候，要注意结合实际环境条件，按照围岩的软硬程度和完整破碎程度以及和接收器之间的位置关系等，合理的进行调整。e.联线。f.放炮，并对相应的信号予以接收。g.拆除线路，并对使用的设备进行妥善清理。TSP203洞内数据采集部分具体情况如图3所示。室内计算机分析处理。对数据进行完整采集之后，利用TSPwin软件予以相应的分析和处理。具体来看，软件处理涉及到多个步骤，主要包括数据设置和拾取处理以及反射波提取和提取反射层等步骤。其中，通过进行速度分析，可以实现对反射信号传播时间的转换，获得相应的具体的距离信息。然后，结合隧道轴实际交角大小等数据信息，对反射层所对应空间位置予以明确。最后，按照分析结果对地质体质进行全面、科学的分析吗，并得出最终的结果和结论。
5）数据分析。利用TSPwin软件对获得的数据进行处理，获得相应的分析结果，包括不同反射层的能量大小和岩石各种物理力学参数、提取的反射层，以及深度偏移剖面等，另外，还可以获得探测范围内反射层的空间分布情况。提交资料室内分析处理一般在24小时内完成并可提交正式成果报告，报告一般包括如下内容：a.工作概况；b.探测的方法、设备及原理；c.测线布置；d.对测试结果的初步分析；e.结论。TSP报告中应附的成果图表包括：a.现场数据记录表；b.岩石参数曲线图（横坐标为里程）；c.二维结果图（横坐标为里程）；d.岩石参数表。通过对相关数据进行分析，可以为实际施工建设提供大量具有较高参考价值的数据信息。对合理指导施工、节约投资，缩短工期，降低安全风险起到重要作用。项目实施中，因提前预报了断层破碎带影响范围、突泥涌水段等不良地质段，有效减少了塌方、突泥等造成的工程事故，保证了施工的安全、高效开展。
6）预计预报范围。TSP203每次可探测100～200m，为保证预报结果的精确性，采用重叠方式进行预报。
3总结
隧道工程数量和建设规模越来越大，可能遇到的施工地质条件愈加复杂（如地质破碎带、断裂带、卵石堆积层、溶洞、地下水体等)。为保证施工的安全性，施工地质超前预报受到参建各方的高度重视。通过本文的分析也不难发现，TSP技术功能强大，将其应用于铁路隧道工程之中可以获得良好的效果。可以更好的指导隧道全程施工，为优化施工方案提供有效信息，有力地保障了工程质量，预防安全事故，提高了工程进度。但是，TSP方法是一个学习的过程，在隧道开挖的过程中要边预测边学习，将施工过程中观察得到的数据反馈回来，对此方法进行不断的修正。
作者：李虎虎 单位：中铁二十局集团第二工程有限公司
