210986580_基于GS360pro_的小断面隧洞超前地质预报

2024年1月7日发(作者：长安悦翔新款多少钱)

17詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨工程地质与测量摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇西北水电·2023年·第1期摇摇摇摇摇摇摇文章编号

:1006—2610(2022)06—0017—06基于TGS360pro的小断面隧洞超前地质预报巨广宏1,段君奇1,李海宁2,张明财1,张岩祥1,岳军民1(1.中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司,西安摇710065;2.青海省引大济湟工程建设运行局,西宁摇810000)摘摇要:现行地质超前预报方法种类繁多,不同方法各有其优缺点,但目前适用于小断面隧洞的预报方法及仪器设备鲜有报道。传统预报方法在掌子面处施测,由于断面空间的限制,对小断面隧洞的预报效果不甚理想,甚至会对不良地质体产生较大程度的误判,引发工程施工安全事故。基于TGS360pro新型超前地质系统,在小断面、掌子面被TBM占据或者掌子面发生坍塌无法布设检波器时,通过双侧边墙布设模式,将掌子面宽度方向布设转变为隧洞纵深方向,分析了掌子面布设模式和双侧墙布设模式的数据差异及波场特征,在引大济湟项目得到成功应用,结果表明:该方法可有效地解决小断面隧洞的超前地质预报难题,开挖验证,预报准确率达到80%以上,取得了良好效果。关键词:TGS360pro;小断面隧洞;综合超前地质预报;双侧边墙布设模式中图分类号:U455.4;P694摇摇摇文献标识码:A摇摇摇摇DOI:10.3969/.1006-2610.2023.01.04AdvancedGeologicalPredictionofGS360pro\'sSmallSectionTunnelJUGuanghong1,DUANJunqi1,LIHaining2,ZHANGMingcai1,ZHANGYanxiang1,YUEJunmin1(hinaNorthwestEngineeringCorporationLimited,Xi\'an摇710065,China;iProvinceDatong-to-HuangshuiRiverDiversionProjectConstructionandOperationBureau,Xining摇810000,China)Abstract:Variousadvancedgeologicalpredictionmethodsareavailablecurrently,ditionalpredictionmethodpredictsattheworkingfaceofthetunnel,andduetothelimitationofcross-sectionalspace,thepredictingeffectofsmallcross-sectiontunnelsisnotfavorable,anditevenmisjudgesunfavorablegeologicalbodies,nthenewadvancedgeologicalsystemofTGS360pro,whenthesmallsectionorworkingfaceisoccupiedbyTBMorthefacecollapsesandthedetectorcannotbelaid,thelayingofdetectorsalongthewidthdirectionoftheworkingfaceischangedtothedepthdirectionofthetunnelthroughthedoublesidewalllayoutmode,andthedatadifferencesandwavefieldcharacteristicsoftheworkingfacelayoutmodeandthedoublesidewalllayoutmodeareanalyzed,whichhasbeensultsshowthatthedoublesidewalllayoutmodeofTGS360Proadvancedgeologicalpredictionsystemcaneffectivelysolvetheproblemofadvancedgeologicalpredictionofsmallsectiontunnels,andthepredictionaccuracyreachesmorethan80%afterexcavationverification,ds:TGS360pro;smallsectiontunnels;comprehensiveadvancedgeologicalprediction;doublesidewalllayoutmode0摇前摇言超前地质预报技术在公路、铁路、水利、引水式电站及抽水蓄能电站等行业中得以应用并逐渐规范化,近年地质预报准确率也有了很大的提升。当前超前地质预报采用多种仪器方法[1],且主要集中在摇摇收稿日期:2022-06-28重大工程、重点项目上,其工程等级较高、规模较大,隧道断面大多为6~20m[2],而对小于5~6m的水工隧洞[3-4]地质预报少有报道。小型隧洞往往采用全断面钻爆法施工,全断面掘进法通常适用于坚固完整的玉、域、芋类围岩,小断面隧洞开挖遇郁、吁类围岩,只能边挖边支护。因地质环境的复杂性,小断面施工也会遇到地质条件与勘察设计不符、围岩条件变化较大以及出现突发性地质灾害等情况。同时,小断面隧洞因断面窄小而限制了多种地质预报设备使用,因此亟需研究适用于小断面隧洞超前地质预报仪器方法。摇摇作者简介:巨广宏(1970-),男,陕西省杨凌人,正高级工程师,博士,主要从事水文地质与工程地质、地质灾害防治工作.摇摇基金项目:国家自然科学基金(41004047).Copyright?博看网. All Rights Reserved.

1摇TGS360Pro系统概况18巨广宏,段君奇,李海宁,张明财,张岩祥,岳军民.基于TGS360pro的小断面隧洞超前地质预报詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨

换精度高达32位,业界领先。其处理软件采用的主要理念、方法和原理诞生于1972年,由UralStateMining大学地理信息系主任、矿物学和地质学博士、教授ky不断创新完成。该系统的核心技术受2项国际专利保护[6-7],可预报地下流体区位置、杨氏模量、泊松比、地震波速、溶洞位置、围岩果[8-11]。该系统工作模式灵活,在大断面隧洞中可在掌子面布设检波器进行预报,布设方式如图1(a)所示。而在小断面、掌子面被TBM占据或掌子面发生坍塌无法布设检波器时,可采用双侧墙布设模式进行预报,如图1(b)所示。目前,常见的地质超前预报方法按预报距离可分为四级:长期地质预报、中期地质预报、短期地质预报及掌子面地质预报。除常规的地质分析法及超前钻孔外,超前地质预报发展最快的是效率较高的地震波预报技术[1,2,5],主要涉及的成套仪器设备有TST系统、TSP303系统、TVSP系统、TRT系统、TGP系统及TGS360Pro系统等。其中TGS360Pro系统是由俄罗斯GeoTech公司、UralStateMining大学联合研发的新一代地质预报系统,也是世界上技术先进的地质预报系统。该系统采用低功耗工控机,采集模块频率响应范围12.5~1625Hz,动态范围大于144dB,A/D转(油、气、富水区)动态参数的方法,可获取相对的富水应力,应用于许多地下洞室超前预报并取得了良好效图1摇TGS360Pro系统工作布设模式2摇两种布设模式的波形记录对比掌子面布设模式:不同布设模式的波形记录对比如图2所示,其中宽度5m的掌子面布设震源编号及相关尺寸如图2(a)所示,相应波形记录如图2(c)所示。除去最左侧(震源点1和10)和最右侧(震源点5和6)的偏移距,实际检波器的布设范围一方面,地震波传播时,入射角度偏小,根据地震波传播的Snell定律,距离掌子面较远的异常体的反射波将很难被检波器所接收到,后期的数据处理可能会成为“无米之炊冶,如果处理过程中参数设置错误,将会导致错误的预报成果;另一方面,由于道间距过小,如图2(c)所示,部分道之间明显出现了道间串扰,波形出现了畸变,不利于后续的信号分析、处理和成果的解译;再次,如果通过减少检波器的方式增大道间距也不可取,配套处理软件要求至少6个检波点方可进行数据处理,少于6个检波点时,计算处理误差极大,结果不可用。双侧墙布设模式:震源编号及相关尺寸分布情最大宽度只有3.6m,横向上道间距也仅有1.2m。况如图2(b)所示,相应波形记录如图2(d)所示。该种布设模式,道间距仍可满足2m布设要求,而不受隧洞宽度(5m)影响,但由于连续的接收线缆势必需要跨过掌子面,波形记录中相应的地震波形也出现同相轴的略微错断,后续的数据处理过程中,可按照检波器的空间位置关系和同相轴的错断程度进行校正。双侧布设通过带通滤波、初至拾取、拾取处理、炮能量均衡、Q估计、反射波提取、P-S波分离、速度分析、深度偏移、提取反射层等相关计算即可得到预报成果。两种布设模式的波形记录信噪比都比较高,波形记录中明显可以区分激发点位置。双侧墙布设模式波形记录在750~1000ms范围内能量强于掌子面布设模式,有利于分析反射波信号。另外,掌子面布设模式时,地震波信号收到左、右边墙的多次反射,部分时段存在相干叠加,部分时段存在相位抵消。3摇小断面隧洞超前预报实例3.1摇依托工程概况引大济湟工程是一项缓解湟水流域水资源严重Copyright?博看网. All Rights Reserved.

西北水电·2023年·第1期19詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨短缺的跨流域调水工程,是事关湟水流域可持续发

展大计的战略性调水工程,更是青海省有史以来建设规模最大、综合效益最广、受益群众最多、建设条件最复杂的水利工程。图2摇两种布设模式波形记录对比5.6~6.1m,洞线全长24.3km,最大埋深约1100m。引水隧洞工程线路长、埋深大、地下水位高,且沿途穿越多条大断层,深埋隧洞主要工程地质问题是地质超前预报重点。引水隧洞穿越地层岩性多变,工程地质条件复杂,主要工程地质问题有:区域大断裂、高水压、富水地段涌水、突泥,以及煤气、瓦斯地层有害气摇摇引大济湟工程引水隧洞建筑物等级为2级,洞径体及瓦斯爆炸和高地应力硬岩岩爆、软岩塑性变形等[11-13]K55+116.00m处主要以断层碎裂岩、断层泥及断层塌方等地质危害。由于对掌子面前方地质信息掌握不全,盲目掘进存在施工安全风险。掘进过程中实际情形是:一方面,掌子面宽度较小;另一方面掌子面前。如图3所示,西干渠工程2标32号隧洞进口碎屑为主,位于F138断层带,掌子面出现突水突泥、Copyright?博看网. All Rights Reserved.

20巨广宏,段君奇,李海宁,张明财,张岩祥,岳军民.基于TGS360pro的小断面隧洞超前地质预报詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨方塌方严重

,且清理过程中存在二次塌方风险。因此,传统掌子面布设模式已无法使用,只能采用双侧墙布设模式进行超前地质预报。116.00m~K55+216.00m段超前地质预报,有效预报长度100m。利用采集到的10炮有效数据进行软件处理、分析。经过校正后的典型X分量地震波形记录如图4所示(截取时间长度40ms)。由图4可见,经分析处理,各道之间能量得到了均衡,且对应的初至波清晰易辨,有利于预报成果的正确分析解译。3.3摇TGS360Pro预报成果分析TGS360Pro系统可获取到掌子面前方100m范围内多达8个岩体参数,分别为相对应力、含水概率、纵波波速、横波波速、纵横波波速比、泊松比、杨氏模量、图3摇西干渠工程2标32号隧洞进口围岩危险等级,这些参数可从不同方面反映掌子面前方围岩地质特征。本次预报成果中相对应力、含水概率、围岩危险等级成果如图5(a)、5(b)、5(c)所示,8个参数沿桩号方向进行聚类,统计结果如图6所示。3.2摇典型波形记录特征K55+116.00m掌子面突泥、坍塌本次西干渠工程2标32号隧洞进口K55+图4摇典型的X分量地震波形记录图5摇掌子面前方围岩相对应力、含水概率、危险性等级分布Copyright?博看网. All Rights Reserved.

西北水电·2023年·第1期21詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨

图6摇8大参数统计成果摇摇结合现场工况及掌子面揭露地质信息,对相对应力、含水概率、纵波波速、横波波速、纵横波波速预报里程起讫范围K55+116.00m~K55+148.00m长度/m32比、泊松比、杨氏模量、围岩危险等级进行综合分析,主要预报成果如表1所示。表1摇K55+116.00m~K55+216.00m段超前预报成果分析表序号预报成果分析摇摇(1)围岩相对应力变化较大,岩性主要为断层碎裂岩、断层泥及断层碎屑,Vp、Vs平均值分别为:1990、780m/s,分析掌子面处(K55+116.00m)揭露的地质信息可得:总体完整性程度:较破碎,碎裂结构为主(2)55+122.00m~55+126.00m段含水概率较高,结合泊松比和纵横波波速比分布图,推测基岩裂隙水发育,掌子面处存在渗水现象,局部区域存在涌水突泥风险,需加强支护(3)杨氏模量变化范围为:2.3~4.5GPa,危险等级变化范围为:1.1~3.1,综合判定本洞段围岩类别为以吁类为主;岩体质量差,存在风险摇摇(1)围岩相对应力变化较小,岩性主要为断层碎裂岩、断层泥及断层碎屑,Vp、Vs相对掌子面有所提高,平均值分别为:2270、1100m/s,总体2K55+148m~K55+198m50完整性差,以碎裂结构为主(2)围岩裂隙水发育,掌子面处渗水量严重,存在股状流水,局部区域存在涌水突泥风险,需要加强支护防范。依据泊松比和纵横波波速比分布形态,推测存在股状流水,局部区域存在涌水突泥风险,需要加强支护防范。(3)杨氏模量平均值约为5.0GPa,危险等级变化范围为:2.1~2.5,综合判定本洞段:围岩类别为以郁类为主;岩体破碎至极破碎,岩体质量差,存在风险;围岩开挖后易坍塌,处理不当会出现大坍塌,侧壁经常小坍塌摇摇(1)围岩相对应力变化与掌子面相似,推测存在断层碎裂岩、断层泥及断层碎屑,Vp、Vs平均值分别为:2020、880m/s,依据掌子面处(K55+116.00m)揭露的地质信息可得:岩体总体较破碎,碎裂结构为主(2)围岩裂隙水发育,掌子面处渗水严重,存在股状流水,局部区域存在涌水突泥风险,需加强支护(3)杨氏模量变化范围为:4.5~5.4GPa,危险等级变化范围为:1.9~3.1,综合判断围岩以郁~吁类为主,岩体质量差13K55+198m~K55+216m183.4摇预报成果的工程地质分析工程地质分析法是利用前期地质勘察资料、隧洞设计资料及已开挖洞段编录资料等进行分析,对预报结果进行评判的方法。分析认为,测试段隧洞埋深浅,一般10~40m,地表为强湿陷性黄土,隧洞洞身岩性为暗紫红色泥岩,泥岩为软岩,饱和抗压强度低,隧Copyright?博看网. All Rights Reserved.

22巨广宏,段君奇,李海宁,张明财,张岩祥,岳军民.基于TGS360pro的小断面隧洞超前地质预报詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨洞开挖存在坍塌、泥岩软化、流塑、涌水、突泥、冒顶等

地质问题。测试洞段围岩为郁类,地下水活动轻微~中等,因地下水水压较高,围岩强度低,施工安全风险高,易引发塌方、涌水、突泥、冒顶等事故。3.5摇开挖验证为检验地质预报成果准确性,进行了后期开挖跟踪,实际开挖为:K55+116.00m~K55+148.00m段岩性为泥岩,暗紫红色,泥岩为软岩,饱和抗压强度低,围岩稳定性差。K55+148.00m~K55+198.00m段岩性为板岩,围岩较稳定。K55+198.00m~K55+216.00m,岩性为泥岩,以吁类为主;岩体质量差,存在断层碎裂岩、断层泥及断层碎屑,围岩稳定性差。根据开挖编录验证,本次准确预报了K55+125.00m、K55+173.00m涌水、渗水情况,准确预稳定性差的情况,对掌子面前方地下水与围岩地质条件及稳定状况准确率达85%以上,现场根据地质预报提前做好了抽排水施工准备及临时支护措施的应对预案及处理措施,由于准备措施得当,开挖过程中顺利通过不良地质洞段。TGS360Pro地质预报成果与开挖对比见图7。报了K55+134.00m、K55+173.00m存在岩体破碎、图7摇TGS地质预报成果与开挖对比摇摇单位:桩号,m4摇结摇论中期预报仪,对其两种布设模式的波形记录进行了对比,得出可采用双侧墙布设模式进行小断面隧洞地质超前预报,并以青海省引大济湟工程长引水隧洞为例,对其小断面隧洞地质灾害发生的可能性及类型、围岩危险性等级及断层、涌水、突泥、坍塌、冒顶等的可能性进行了风险预报,并经开挖验证对比。本次预报成功避免了洞室坍塌冒顶事件发生,并为应急处理、超前支护和支护设计提供了重要决策依据,取得了良好经济效益和社会效益。空间条件限制。采用TGS360Pro法、工程地质分析法、开挖地质验证相结合的综合预报法是一种适用于小断面隧洞的超前地质预报方法。(2)TGS360Pro双侧墙布设模式地质预报不受(1)本文对针对小断面隧洞,采用TGS360Pro[3]摇李焱,邹晨阳.地质雷达超前预报技术在小断面隧洞施工中的应用[J].水利建设与管理,2018,38(03):37-40,4.信息,2013(21):48-49.[4]摇刘生峰.小断面水工隧洞塌方的预防与处理[J].农业科技与[5]摇辜杰为,沙玉.TRT超前预报系统在隧洞掘进中的应用[J].西北水电,2017(04):95-98.[6]摇PISETSKIV,forPredictingDynamicParam鄄[7]摇forDeterminingthePresenceofFluidsina[8]摇张明财,巨广宏.TGS360Pro超前预报地下水的地震波场正演模拟分析[J].山东大学学报(工学版),2021,51(03):68-75.[9]摇许明亮,白玉山,姚海波,等.TGS360Pro在岩溶隧道不良地质体识别中的应用[J].科技创新与应用,2020(09):182-183.[10]摇颜英军,李钰强,王海涛.TGS360Pro和TRT7000在某隧道施2021,18(01):raneanFormation[J].2000,1(02):fFluidsinaSubterraneanReservoir[J].2002,1(12):120-135.工超前地质预报中的应用对比[J].工程地球物理学报,[11]摇李海宁,段君奇.引大济湟工程隧道三维超前地质预报[J].西北水电,2021(02):43-47.[12]摇李磊,陈光荣,杨燕伟,等.基于TRT6000弹性波反射法、地质雷达法、地质编录的隧道综合超前预报技术研究[J].西北水电,2011(S1):91-96.[13]摇貟天龙.引大济湟工程小断面隧洞遇不良地质的塌方处理[J].农业科技与信息,2020(15):125-126,128.参考文献:[1]摇赵永贵.国内外隧道超前预报技术评析与推介[J].地球物理学进展,2007,22(04):1344-1352.[2]摇李术才,刘斌,孙怀凤,等.隧道施工超前地质预报研究现状及发展趋势[J].岩石力学与工程学报,2014,33(6):ght?博看网. All Rights Reserved.