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    廣東韶關某隧道三維超前預報案例

    發布時間:2022-09-22 09:32:18

    北京程鵬科技有限責任公司

    一、概況


    二、預報原理

    本次測試采用TSP-305三維隧道地質超前預報系統該方法屬于多波多分量高分辨率地震反射法。地震波在設計的震源點(通常在隧道的左或右邊墻,大約24個炮點)用小量炸 藥激發產生。當地震波遇到巖石波阻抗差異界面(如斷層、破碎帶和巖性變化等)時,一部分地震信號反射回來,一部分信號透射進入前方介質。反射的地震信號將被高靈敏度的地震檢波器接收。數據通過軟件處理,便可了解隧道工作面前方不良地質體的性質(軟弱帶、破碎帶、斷層、含水等)和位置及規模。

    通過軟件處理,可以獲得P波、SH波、SV波的時間剖面、深度偏移剖面、提取的反射層、巖石物理力學參數、各反射層能量大小等成果,以及反射層在探測范圍內的2D或3D空間分布。

    三、儀器設備及觀測系統設計

    1.設備主要部件

    ① 記錄單元:12道,24位A/D轉換,采樣間隔10μs、20μs、50μs、100μs、200μs,記錄長度為16k,動態范圍120dB。

    ②接收器(檢波器):三分量加速度地震檢波器,靈敏度為1000mV/g,頻率范圍為100~4000Hz,共振頻率>20kHz,橫向靈敏度≤ 5 %,操作溫度-29℃~77℃。

    ③VSP-SSP軟件:數據采集和處理集于一體。

    2.觀測系統設計

    三維隧道地質超前預報系統觀測系統設計主要包括炮孔設計、接收孔設計。

    ①、炮孔設計

    位置:在隧道的左邊墻或者右邊墻。第1個炮孔離同側接收孔為20m,炮孔間距1.0 m。

    數量:22個

    直徑:40mm/孔深1.5m。

    布置:垂直隧道軸向,向下傾斜10°~20°(激發時密封炮孔)。

    高度:離地面約1m。

    ②、接收孔設計

    位置:在隧道邊墻(面對掌子面),距離掌子面約55m。

    數量:1個,隧道單面施工。

    直徑:φ50mm

    孔深:2m(切勿超過2m)。

    布置:垂直隧道軸向,用錨固劑固結,向上傾斜5°~10°。

    高度:離地面1m。

    觀測系統布置圖如下。檢波點位置位于DK1+403,炮點位于DK1+423~DK1+445

    掌子面位于DK1+469。


    四、資料處理

    采集的TSP-305數據,通過vsp-ssp軟件進行處理。軟件主要處理流程包括:數據準備→濾波→初至拾取→炮能量均衡→Q因子估算→反射波提取→P、S波分離→速度分析→深度偏移→提取反射層。通過速度分析,可以將反射信號的傳播時間轉換為距離(深度)。處理結果可以用與隧道軸的交角及隧道工作面的距離來確定反射層所對應的地質界面的空間位置,并根據反射波的組合特征及其動力學特征解釋地質體的性質。

    對處理成果的分析,根據以下原則進行:

    1、反射振幅越高,反射系數和波阻抗的差別越大。

    2、正反射振幅表明正的反射系數,也就是剛性巖層;負反射振幅指向軟弱巖層。

    3、若S波反射比P波強,則表明巖層飽含水。

    4、Vp/Vs較大的增加或泊松比δ突然增大,常常因流體的存在而引起。

    5、若Vp下降,則表明裂隙密度或孔隙度增加。

    通過軟件依次對原始數據進行數據準備、濾波、初至拾取、炮能量均衡、Q因子估算、反射波提取、P-S波分離、速度分析、深度偏移、提取反射層等處理,得到TSP法物理力學參數及反射層位成果圖(圖3)。


    圖3 TSP法物理力學參數及反射層位成果圖

    五、預報結論:

    本次預報時掌子面里程為:DK1+469~DK1+570(即掌子面前方100m)。

    成像結果圖4:圖中顯示在預報范圍內有6組反射波,分別對應6組反射界面。


    圖4 成像結果

    掌子面開挖情況:

    現場觀察,掌子面中風化砂巖泥巖互層,巖石破碎,裂隙發育,洞室不穩定,極易發生坍塌,地下水為基巖裂隙水,基巖為中等透水性,與上部采空區積水聯系,存在突水隱患弱風化,無水,近水平,中薄層,節理裂隙較發育,較破碎,Ⅳ級施工。

    通過對VSP成果中各物理學參數分析,結合掌子面地質素描及設計資料,預報結論如表1。

    表1 VSP超前地質預報成果表

    序號預報里程范圍長度(m)預報里程圍巖情況預報范圍
    圍巖參考等級
    1DK1+469~17風化的砂泥巖,巖體破碎,含水Ⅳ級
    DK1+486
    2DK1+486~19風化砂泥巖, 巖體完整性變差,含水Ⅳ級
    DK1+505
    3DK1+505~15風化的砂泥巖,巖體破碎,塊狀,含水 Ⅳ級
    DK1+520
    4DK1+520~DK1+53818風化的泥巖,巖體裂隙發育,含水Ⅴ級
    5DK1+538~DK1+56022煤系地層Ⅴ級
    6DK1+560~DK1+57010風化砂巖Ⅳ級

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