TSP203隧道地质超前预报简介

TSP203隧道地质超前预报系统是采用地震勘探原理对隧道未开挖区段地质情况进行超前预报的设备。它是目前隧道超前地质预报中采用的最新的地球物理探测方法，属多波多分量地震探测技术。该技术主要是在隧道已开挖的左边墙或右边墙布设地震激发点和接收点，采用固定接收点、改变激发点的方法采集反射波信号。信号的接收采用高灵敏度的三分量加速度地震检波器，可以比较准确的确定反射波的空间位置。运用地震勘探原理对所得地震波进行处理分析可以分辨隧道开挖面前方地质体的性质、位置和规模，包括软弱岩石带、含水情况、节理裂隙发育带、断层及其影响带等，在地质情况较好时预报深度可达200m左右。

TSP203隧道地质超前预报系统还可以计算出围岩的动态弹性模量、泊松比、体积模量、剪切模量、拉梅常数、纵波速度、纵波横波速度比、密度。结合围岩的岩性、含水、节理发育、结构面等情况可对围岩的类别进行评估。进行TSP203隧道地质超前预报可以为确保隧道安全持续挖进，确定隧道施工工艺，调整支护参数，对前方软弱岩层予以提前支护加固，合理变更设计和施工计划提供依据。

一、TSP203隧道地质超前预报原理

通过爆破激发的地震波在岩石中以球面波形式传播。地震波遇到岩石界面（波阻抗差异界面，例如裂隙带、断层或岩层变化等），有一部分信号反射而另一部分信号将被透射。经过一定的传播时间后，反射信号将被高灵敏度的三分量加速度地震检波器所接收（地震数据采集），图1为TSP203隧道地质超前预报探测原理示意图。

图1    TSP203隧道地质超前预报原理示意图

二、TSP203隧道地质超前预报操作

（一）、TSP203隧道地质超前预报布孔要求

爆破孔24个孔：

孔距1.5米，孔深1.5米；孔高（距地面）1－1.2米；倾角：向下10°－20°；孔径：38mm（不小于38mm）

传感器孔两个，要求：

孔深2.0m（不大于2.0m）；倾角：向上5°－10°；距地面高度：1－1.2 m；孔径：42－45 mm（不小于42 mm，不大于50 mm）

最后一个爆炸孔距传感器孔距离：15－20 m

所需材料：

起爆器一个（内装好干电池）；乳化炸药：3kg－4kg；瞬发电雷管30发；卷尺一把（5m钢卷尺和皮尺各一把）

注意事项：

1、由于围岩较软，打孔后容易塌孔，需做好保孔工作，如使用PVC管支护。

2、爆炸孔尽量不在电缆线一侧。

3、爆炸孔布在隧道的左右侧均可。

爆破孔、传感器孔，布孔示意图如下：

图2    爆破孔、传感器孔布孔示意图

（二）、TSP203隧道地质超前预报数据处理

采集的地震数据，利用TSPwin软件进行处理。TSPwin数据处理流程包括11个主要步骤。处理结果可以提供地震反射层在探测范围内的2D或3D空间分布，以及反应岩石强度的岩石力学参数。

通过分析岩层的反射波传播速度，可以将反射信号的传播时间转换为距离（深度），用与隧道轴的交角及隧道面的距离来确定反射层所对应的地质界面的空间位置和规模。

TSP203可输出的2D示意图如下：

图3    岩层岩性参数及2D分布示意图

根据TSP203输出的岩层岩性参数及2D分布图，结合地震勘探原理及地质学知识即可判断隧道掌子面前方未开挖围岩的岩性、位置和规模，及含水、节理发育、结构面等情况。

TSP203隧道地质超前预报系统还可以输出3D视图，从而能直观地了解岩层的三维分布状况。TSP203可输出的3D示意图如下：

图4    岩层3D分布示意图