隧道超前地质预报实施手册

隧道超前地质预报实施手册内容摘要：

场测试 现场数据采集 工作 按 下列 步骤进行 ： 1 根据准备阶段设计的观测系统，确定所有接收点和炮点的位置，并作出相应标识 ，通知施工单位钻孔。 2 绑制炸药。 为消除雷管起爆延时的影响， TGP206 超前地质预报系统数据采集采用触发线炸断式触发方式，这就要求 将 触发 回路 线 绑在炸药上 ，这一工作应在现场完成。 3 检查炮孔质量，具体注意以下方面： （ 1） 检查 孔位、孔深、孔径、 钻孔 倾角 等情况。 一般情况下，钻孔位置不应偏离设定的位置 ， 特殊情况下，以设定的位置为圆心，可在半径 的范围内位移。 不合格的钻孔应重钻 ； （ 2） 检查 孔身平直顺畅 度 ，确保耦合剂、探头或炸药 能 放置到位。 如遇坍孔或孔内清渣不干净，应立即重新钻孔或 再次 清渣； （ 3）在不稳定的岩层中钻炮孔时，宜采用一定的措施进行钻孔护壁 ，防止坍孔 ，可采用 外径 孔径与 孔径相匹配的薄壁塑料管或PVC 管插入钻孔。 4 安装信号接收探头及炸药。 利用专用工具将黄油耦合剂注入到接收孔的孔底，注入黄油的长度以 30～ 35cm为宜。 采用专用工具将接收探头定向推入到接收孔的孔底，使接收探头在接收孔底部与钻孔岩体密切耦合。 在推入的过程中要保证探头推进器不转动， 保持接收探头的定位槽朝向上方 ； 将 炸药推至孔底 ， 回路线引出至激发孔口外，将回路线的两端与触发信号连接电缆相连，引至仪器主机的触发插座 ，然后在 孔内灌满水 等待 激发。 推送炸药的工作需由专业的炮工完成， 回路线和电雷管线要做好绝缘处理，以免激发电压损坏仪器。 在推送炸药过程中应注意防止绑在炸药上的触发回路线滑脱。 5 从减震箱内取出仪器， 摆放仪器 ， 注意 避开滴漏水和易掉块的地段。 打开仪器， 连接电缆线，开机，进行参数设置。 完成上述工作后 即 可 通知爆破员操作起爆器先充电，爆破员充电完毕后回报操作员，仪器操作员要再监视仪器是否在等 待采集状态，同时在激发孔附近无安全隐患和隧道内无大的机械噪音条件下，通知爆破员起爆。 炮点激震后仪器开始采集，采样结束后即将采集记录显示在屏幕上 ，点击保存记录。 激发放炮要严格按照国家的安全规程操作 ，由持有炮工证的专业人员完成激发放炮工作。 6 完成 24 炮的数据采集后，关闭仪器 ，收拾仪器和相关设备装箱。 对于外设的其它设备要擦干净后装箱。 注意检查不要遗漏设备器材。 同时应 做好隧道掌子面、激发孔、接收孔的里程桩号 以及相关数据采集参数设置的 记录。 7 进行 洞内地质调查，着重进行岩层产状量测 以及 不良地质前兆标志的观察。 现场数据采集 注意事项 1 安全 采集数据用的炸药和雷管必须由持有爆破证的专业人员领用，爆破作业必须有专业爆破工操作。 非专业人员严禁从事爆破作业。 2 TGP 地震 波原始 记录 质量 要求 （ 1） 干扰背景不应影响初至时间的读取和波形的对比； （ 2） 反射波同向轴必须清晰； （ 3） 不工作道应小于 20%，且不连续出现。 3 预报距离 （ 1） 在软弱破碎地层或岩溶发育区，一般每次预报距离应为 100m 左右，不宜超过 150m；在岩体完整的硬质岩地层每次可以预报 120～ 180m，但不宜超过 200m。 （ 2） 原则上两次 TGP 预报段落搭接长度不小于 10m，对于地质情况复杂地段，搭接长度应适当增大。 （ 3） 隧道位于曲线上时，预报距离不宜太长。 4 减小 干扰 波 措施 （ 1） TGP 现场数据采集时应尽可能隧道内其它震动产生的地震波、声波的干扰，采集数据时宜要求施工方暂停洞内所有施工活动，对于双线隧道，相邻洞内的施工也应暂停。 （ 2）信号接收孔必须用专用的橡皮塞塞紧 ，防止隧道内声波传入接收孔内。 6 现场采集数据 质量要求应符合下列要求： 通过检查显示地震道的特征进行数据质量控制。 （ 1）在每一炮数据记录后，应显示所记录的地震道，据此对记 录的质量进行控制。 （ 2）用直达波的传播时间来检查放炮点的位置是否正确，以及使用的雷管是否合适。 （ 3）根据信号能量，检查信号是否过强或过弱。 若直达波信号过强或过弱，应将炸药量适当减小或 增加。 （ 4） 根据初至波信号特性控制数据采集质量，若初至后出现鸣振，表明接收器单元没有与围岩耦合好，这样应重新进行探头安装。 （ 5）根据每一炮记录特征，了解存在的噪音干扰，必要时应切断干扰源，同时也可检查封堵 接收孔 的效果。 （ 6）对记录质量不合格的，应重新装炸药补炮 ，接收和记录合格的地震道。 数据处理 处理内容及步骤 TGP 数据处理 使用 处理系统 进行，数据处理 主要 包括以下 三大步骤 ： 采集记录编排预处理。 包括载入 \编排记录、 手动 \自动相关拾取校正、三分量道集记录处理、通道波干扰清除、整理老记录 ； 绕射波归位处理。 进行地震波的纵横波分离和纵、横波速度的拾取 ，由程序进行纵横波分离计算以及向前预测成图。 该过程的核心是识别纵波和横波的直达波，其识别要点如下： 纵波 直达波（ 初至 波） 的判断条件是 ： 一般条件下地震波未到时记录为直线，地震波来到时记录幅度跳起 ， 把直线与跳起的交点成为地震波的初至。 横波 直达波 的特征有： 1） 横波的幅度远大于纵波 ； 2） 横波同相轴与纵波同相轴随传播距离增加成喇叭状分开 ； 3） 横波到达的初始相位与纵波初至的相位反相； 4） 横波初始波与纵波的尾波发生干涉现象。 反射波极化处理。 通过 数据输入、波形拾取 ，由程序计算 所得成果图 判断构造 的产状。 成果资料 TGP 原始数据经处理后，应形成以下资料： 记录编排与预处理后的 地震波三分量原始采集图 纵横波偏移 归位 成果图 衰减 成 果图 纵横波速对比图 同 侧、 对侧位图 对比图 和三波形位图 对比图 构造产状 图 预报报告 进行 TGP 隧道超前地质预报测试后，应编制相应预报报告，报告主要内容包括： 1 隧道工程概况、地质概况、探测工作概况等 ； 2 方法原理及仪器设备 ； 3 现场数据采集系统的设计、采集方法、数据质量等 ； 4 数据处理所采用软件及处理流程、参数选择说明、处理成果及质量等 ； 5 资料分析与判释。 根据波 速 图、频谱图、深度偏移剖面图、反射波分析成果显示图、物探成果地质解释剖面或平面图 ，结合勘察报告、 补充地表地质调查、区域地质资料、 开 挖 揭露 地质情况等，综合分析进行地质判释 ； 6 结论及建议。 提出开挖工作 面前方的工程地质与水文地质条件，预报不良地质体存在的位置及相应的施工风险，提供施工应对措施及下一步地质预报工作的安排 ； 7 其它需说明的问题。 电磁波反射 法 电磁波反射法主要用地质雷达进行探测。 地质雷达探测 是 利用电磁波在隧道开挖工作面前方岩体中传播及反射，根据传播速度和反射脉冲波走时进行超前地质预报的一种物探方法。 适用条件 地质雷达主要 用于岩溶探测，亦可用于断层破碎带、软弱夹层等不均匀地质体的探测。 并应符合下列要求： 1 探测目标体与周边介质间应存在明显介电常数差异，差异越大反射信号越明显； 2 探测目标体应具有足以被探测的规模； 3 不能探测极高电导屏蔽层下的目标体； SIR20地质雷达 系统 简介 SIR20 是美国劳雷公司（ GSSI）生产的 高速地质雷达透视系统。 SIR20 地质 雷达系统 配有标准的 GSSI 天线，能被用于各种应用领域，来解决复杂的地下探测问题和构造探测问题。 SIR20 地质雷达 系统主要由电源、主机、便携式计算机、雷达天线以及连接电缆线等部分组成。 相应于不同的工程应用领域， SIR20 雷达系统配备了不同频率的天线，天线频率越高，探测分辨率越高，但相应探测深度越 浅。 进行隧道超前地质预报，多采用低频天线。 进行地质预报 采用的天线频率有 100MHz和 40MNz两种。 前者为屏蔽天线，有效探测深度一般在 20～ 30m 左右，其具有分辨率相对较高、受外界干扰较小的 优点 ，进行雷达地质预报主要采用该频率天线 ，缺点是探测距离 短，经济性较差 ；后者为非屏蔽天线，有效探测深度可达 40～ 50m， 经济效益较好， 但其分辨率相对较低，且较易受外界干扰，在地质条件相对简单且洞内干扰因素较少时可采用该频率天线进行探测。 准备工作 1 资料收集 现场测试前， 应调查测区的工作环境、收集相关的地 质、地球物理、钻探资料， 初步了解背景场（围岩）的特性，目标体的深度、几何形态、电性。 2 电池波速标定 根据隧道各工程地质分段，通过试验确定介电常数、选择雷达天线的工作频率，每一工程地质分段宜至少进行一次介电常数的标定试验。 现场 介电常数标定可以采用 下列 方法 ： （ 1） 根据验证结果进行异常目标体深度修正，反推介电常数，在下次预报时采用； （ 2） 对于分离式隧道，若左右洞 中线 间距在 30m以内时，可在后进隧洞掌子面侧壁向相邻隧洞方向扫描， 通过先进洞侧壁位置确定介电常数。 现场测试 1 进入隧道开始 现场工作 时 ， 应首先 观察 工作段环境、安全情况 ， 选择雷达主机摆放位置， 注意 避开 危岩块体 和滴水、积水地段； 检查掌子面的平整度，必要时要求 施工单位予以 整平 ； 进行 掌子面地质素描 ， 采集数码照片。 2 根据现场地质条件和掌子面开挖方式布置测线 ，测线 布设方式宜根据地质情况确定，并应符合下列要求： （ 1） 测线布设应综合考虑现场施测工作条件， 应 将测线布置于天线 容易 到达 的位置。 测线应尽量避开电磁干扰源 和凹凸不平、不利于天线移动的掌子面部位； （ 2） 地质条件相对简单的非岩溶隧道，主要进行构造破碎带、断层、含水地层探测时宜采用十字形测线布设 方式，现场测试条件较差时亦可采用单测线方式 ； （ 3） 岩溶隧道预报测线宜按网格方式布设，现场测试条件较差时亦可采用平行双测线方式或十字形布设方式，不宜采用单测线方式。 各 种 测线的具体布置方式见图。 用红漆在掌子面测线上每隔 1m 打上一个标记，测量时在对应漆标出打标 （连续测量 方式 ）或在每一个漆标位置进行点测。 3 连接仪器 —— 开机 —— 参数设定 —— 进行现场测试，并根据数据采集中的干扰变化和效果及时调整工作参数。 详细的仪器连接及参数设定步骤参见《 SIR20 地质雷达操作手册》。 进行参数设定时可参照表 、。 数据存储文件命名应按“项目名” +“隧道名”建立文件夹，按“隧道名” +“测试时间”建立子文件夹，再按“项目名首字母” +“ ” +“隧道名首字母” +“进、出口首字母” +“左、右线首字母” +“测试掌子面里程数字” +“ ” +“测线编号”（如XRXGSJY1070101）建立文件，并存储文件。 a b c d 图 雷达测线布设方式 5 按下“ Home”键进行掌子面扫描，当采用连续测量方式时，由两名现场工作人员举持天线在测线上匀速移动，当天线移动到漆标位置时，测试 人员按下“ ↓ ”键手动打标，完成测线扫描后，按下“ Ins”键保存数据完成测试；采用 点测方式时，现场工作人员将天线紧贴在测线上漆标处保持不动，测试人员连续 10 次（亦可采用其它数值，以满足后期数据处理要求为准）按下“ Home”键进行扫描纪录，然后将天线贴到下一漆标位置进行相同操作，直至完成测线上所有漆标点的测试，最后按下“ Ins”键保存数据完成测试。 表 常见材料介电常数及电磁波速参考值 材料 介电值 速度 （毫米 /纳秒） 空气 1 300 水（淡） 81 33 水（咸） 81 33 极地雪 3 194 252 极地冰 3 168 温带冰 167 纯冰 167 淡水湖冰 4 150 海冰 8 78 157 永冻土 1 8 106 300 沿岸砂（干燥） 10 95 砂（干燥） 3 6 120 170 砂（湿的） 25 30 55 60 粉沙（湿的） 10 95 粘土（湿） 8 15 86 110 粘土土壤（干） 3 173 沼泽 12 86 农业耕地 15 77 畜牧土地 13 83 “平均土壤” 16 75 花岗岩 5 8 106 120 石灰岩 7 9 100 113 白云岩 8 106 115 玄武岩（湿） 8 106 泥岩（湿） 7 113 砂岩（湿） 6 112 煤 4 5 134 150 石英 145 混凝土 6 8 55 112 沥青 3 5 134 173 聚氯乙烯 3 173 表 不同频率天线参数设定参考值 天线频率 （ MHz） 采样频率 （ scan/s） 采样道数 采 样时窗 （ ns） 增益点数 100 60 1024 300～ 400 5 40 30 2048 300～ 400 5 5 测试完毕后查看记录，分析异常情况及出现位置， 重点异常区应重复观测，重复性较差时应查明原因。 6 填写现场测试。