隧道超前地质灾害预报TSP系统中应用像点法处理数据的研究

铁２００６年第１０期　道建筑　６３　Ｒａｉｌｗａｙ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　文章编号：１００３．１９９５（２００６）１０—００６３—０３　隧道超前地质灾害预报ＴＳＰ系统中应用　像点法处理数据的研究　高　军　（１．中国矿业大学（北京）力学与建筑学院，北京　１０００８１；２．武广铁路客运专线有限责任公司，武汉４３００７７）　摘要：ＴＳＰ超前地质灾害预报中，应用像点法处理数据时，会受到各种情况的干扰，影响精度。文章对各　干扰情况进行了分析，为应用像点法处理ＴＳＰ数据提供参考。　关键词：ＴＳＰ像点法数据处理　中图分类号：Ｕ４５６．３　３文献标识码：Ａ　ＴＳＰ超前地质灾害预报中，在震动波域数据处理　完成后，为获得相应事例的几何形状和与隧道轴线的　相交点，须把不同震动记录道的反射行进时间转换为　前方区域及隧道工作面附近的事例坐标…，这可以通　过以下两个程序组件来完成：绕射重叠法计算组件和　像点法计算组件。本文主要介绍在应用像点法进行数　据处理时应注意的几个问题。　Ａ３的路线，此时，可把像点ＩＰ（Ｑ１）看作波源，Ａ１、Ａ２、　Ａ３看作接受器，从而构成了像点法的计算基础。　设ＩＰ（Ｑ１）坐标为（　，Ｙ，ｚ），同时Ｑ１、Ａ１、Ａ２、Ａ３坐　标已知，可得方程：　Ｉ　ＩＰ　Ｑ１　Ａ１　Ｉ＝ｔｌ　１　Ｉ　ＩＰ　Ｑ１　Ａ２　Ｉ＝ｔ　　ＩＩＰ　Ｑ１　Ａ３　Ｉ＝ｔ３　３　（１）　（２）　（３）　ｔ　、ｔ　、ｔ，可由反射波到达接受器时间直接获得，　、　１像点法的基本原理　、　可用震源与接受器的距离除以直达波到达接受　器的时间获得的速度近似代替。由方程（１）（２）（３）联立解　在利用像点法计算时，通常由一个平面间断代表　一个事例，使接收器Ｏ１通过事例Ｒ１成像（如图１）。　出ＩＰ（Ｑ１）的坐标后，就可以获得事例（即不良地质界　面）的位置（Ｑ１与ＩＰ（Ｑ１）的中垂面）。进一步可求出不　良地质界面与隧道轴线的交点和隧道轴线与不良地质　界面的交角，即空间角７，但此角不是不良地质体界面　的真倾角　。　Ｑ１为接收器，ＩＰ（Ｑ１）为接收器的像点，Ａ１、Ａ２、Ａ３为震　源（爆破点），Ｒ１为事例平面（即不良抵制界面），　代　表隧道轴线前进方向，ｚ代表隧道顶部方向，ｎ为不良　地质体的视倾角；　为不良地质体的走向与隧道前进　走向的夹角；７为空间角，即隧道轴线与不良地质体界　面的夹角　２像点法的事例确定　像点法中，主要找寻最大反射能量点。　１）在地质界面明显的情况下，可通过操作指令　“Ａｕｔｏ”产生１０个具有最高反射能量的像点，从而可以　自动确定事例。　２）一般情况下，为了获得最佳效果，可以采用手工　定点的方法，确定最高反射能量点。选中后，在像点法　计算屏幕上将自动出现确定事例。　图１像点法原理　３数据处理应注意的几个问题　３．１解译效果的判定　首先确定波源Ａ１、Ａ２、Ａ３到达接受器Ｑ１的行进　路线，根据光的可逆性，同时也就确定Ｑ１到达Ａ１、Ａ２、　在影象点图的下方，有一震动记录道图像与之对　维普资讯 http://www.cqvip.com

铁道应。确定事例的时候，震动记录道图中也同时出现行　进时间双曲线，根据双曲线可以判断所选事例是否合　适，对影像点图进行合理的解译后，５０％以上的震动　记录道应该显示出行进时间的双曲线范围内的信号振　幅（图２），如果５０％以上的震动记录道不显示出行进　时间双曲线范围内的信号振幅，应该删除该事例。　图２　ＴＳＰ．２０２系统地震波信息处理结果图　３．２影像点平面上的“空洞”及其空间尺寸　“空洞”即无反射信号的部分（图２），空洞部分是　均质的，不存在波阻抗的变化。这种空洞一般不能直　接作出解译。当满足一定的构造关系和地层层位关系　时，如与断层相吻合等，可做出初步解译，关于空洞的　尺寸，根据ＴＳＰ探测原理，此时的影像点图并非隧道侧　壁所在的垂面，所以影像点图中指示的“空洞”高度尺　寸不是真实的“空洞”高度尺寸，但其在隧道方向的跨　度是准确的，即隧道掘进时的实见宽度。　３．３软弱带的后边界　在确定软弱带的边界时，往往会有这样一种错觉，　认为前边界应选能量大的点，后边界由于能量丧失，应　选择能量小的点，实际上，无论前边界还是后边界，都　应按照前述原则选择较大能量点。　３．４　ＴＳＰ解译时，一次不要解译太多的不良地质状况　可以把不良地质体的产状按相近程度进行分组，　分别解译。当探测到掌子面前方的不良地质界面不止　一个时，此时的影像点图只能吻合明显的不良地质体，　而其他的影像点图只能是满足精度条件下的近似，所　以在解译时不要选太多的事例。事例的连线最好不相　交，事例的倾角不要有太大的变化，因为当同一次探测　到的不良地质体的产状不同时，像点法原理图中和不　良地质体所相关的的Ｑ１、ＩＰ（Ｑ１）和点Ａ１所在平面并　非是同一个，如强行多选，解译的结果会有一定的误　建筑　０ｃｔｏｂｅｒ，２００６　差，且这种误差是系统本身原理产生的。当不良地质　体的产状相差较大时，应把产状相近的分为一组。　３．５尽量提高ＴＳＰ系统的探测距离和精度　ＴＳＰ．２０２超前预报探测系统，在理想状态下，当反　射系数为１０％时，可以收集到隧道掌子面前方５００　ｍ　左右的结构面的反射信号。但在实际探测时，由于周　围噪声和信号散射等因素的影响，接受的反射信号的　距离远未达到设计距离，因而也就影响了ＴＳＰ探测的　解译距离。提高解译距离精度，从以下几个方面着手：　１）确定主要探测结构面与隧道的空间关系　对于一个探测地区来说，其地质结构可能十分复　杂，各种构造行迹纵横交错。首先，应根据地质力学理　论对其构造体系进行划分，确定隧道所处地区隶属的　构造带，从而大致确定该地区的主要结构面；然后，通　过现场地质勘察，对探测区出露的地质构造行迹进行　分期配套，利用地质力学的手段（如绘制主要结构面的　产状图），从中得出主要结构面的产状；最后，结合施工　隧道中轴线的走向，确定对隧道施工影响最大的结构　面与隧道的走向关系。　在确定了主要探测结构面和隧道的空间关系后，　就可以在波域处理Ｐ６阶段设置合适的　（收缩角）值，　从而增强　范围内的反射波，便于得出有效的解译。　２）选择合适的接受器安装位置和角度　要想提高探测的距离和精度，就要让接受器最大　程度地接受到所要探测结构面的反射波，尽可能多采　集探测信息，可通过以下两项措施实现：①传感接受器　应安置在最先出现不良地质结构面的隧道侧壁上（和　爆破孔同侧，见图３）；②传感接受器应稍微向隧道洞　口倾斜（１５。左右），尽量与主要结构面的走向延伸方向　平行。　图３　ＴＳＰ．２０２系统原理图　３）扩大采样间隔，提高采样数目，延长采样时间　在延长采样时间、提高探测距离的同时，必然会导　致探测精度的降低，因此，应该注意处理好探测长度与　精度的关系，合理选取参数。　维普资讯 http://www.cqvip.com

铁道建筑　２００６年第ｌ０期　Ｒａｉｌｗａｙ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　６５　文章编号：１００３—１９９５（２００６）１０—００６５—０３　软岩隧道施工技术　张树琚，杨秋玲　（南阳理工学院土木工程系，河南南阳４７３００４）　摘要：杭州向山路象山隧道属浅埋隧道，地层风化严重、围岩稳定性差。文章介绍隧道施３－－采用小导管　预注浆加固围岩技术方案、不同围岩采用不同的开挖方法，顺利地完成了施工任务。　关键词：软弱围岩　隧道　小导管预注浆　中图分类号：Ｕ４５５．４９文献标识码：Ｂ　呈碎石状压碎结构，围岩稳定性差，节理发育，易产生　坍塌和沉陷。　１　工程概况　隧道出口端Ｋ２＋５１８～Ｋ２＋５２９段属缓坡地形，坡　度５。～１０。，表层６～７　ｍ残坡积层，下伏全风化粉砂层　向山路象山隧道及接线工程位于杭州市西湖风景　８～１１　ｍ，呈松散结构，围岩稳定性很差，易产生坍塌和　名胜区西南侧的转塘镇内。象山连体隧道长１８９　ｍ，　地表沉陷现象。　Ｋ２＋３４０～Ｋ２＋５２９，其中进口明洞段长为４７　ｍ，出口　明洞段长为１１　ｍ，暗洞段长１３１　ｍ。受接线道路的影　２　方案设计　响，全线均属浅埋隧道，隧道进口端Ｋ２＋３４０～Ｋ２＋　４２０，明洞段表层为新堆积土，暗洞段表层为残坡积层，　针对本标段隧道工程复杂的地质条件及连拱隧道　层厚２～３　ｍ，下伏１０～１１　ｍ为全风化的泥岩，呈块状　结构等特点，在认真研究设计文件的基础上，根据国内　松散结构，其下为强风化，呈碎石压碎状结构。隧道底　外工程实践，从施工进度、安全和经济等方面进行综合　板座落在强风化泥岩中，围岩稳定性差，易坍塌。　考虑，制订了如下施工方法：　Ｋ２＋４２０～Ｋ２＋４６０段属山鞍坡地形，坡度５。～　隧道按新奥法原理组织施工，浅埋段及不良地质　１０。，表层为残坡积层，层厚４～５　ｍ，下伏为弱风化次生　段采取“管超前、严注浆、短进尺、强支护、快封闭，勤量　石英岩，呈块石状压碎结构，节理较发育，开挖后有滴　测”原则开挖，具体开挖方法是象山隧道根据不同的围　水或渗漏现象，埋深为１０～１５　ｍ，属浅埋路段。　岩类别采用不同的开挖方法，其中Ｉ、Ⅱ类围岩段采用　Ｋ２＋４６０～Ｋ２＋５１８段属缓坡地形，相对较陡，坡　三导坑法开挖，Ⅲ类围岩段采用中导洞先行，留核心土　度１０。～２０。，表层为残坡积层，其厚６～７　ｍ，下伏粉砂　上台阶法开挖。　质泥岩。强风化层层厚２　ｍ左右，其下为弱风化层，均　预报中像点法进行数据处理时的精度具有一定的指导　４　结语　意义。　ＴＳＰ超前地质预报系统由瑞士Ａｍｂｅｒｇ测量技术　参　考　文　献　公司研制、开发，是目前国内外超前预报领域最先进的　［１］丁恩保，凌荣华，马继平．隧道工程地质预报方法探讨［Ｊ］．　隧道隧洞探测设备，能够有效探测掌子面前方１５０　ｍ　工程地质学报，１９９５，３（１）：２８—３１．　范围内的断层、特殊软岩、溶洞、暗河等不良地质。ＴＳＰ　［２］肖书安．瑞士Ｖｅｒｅｉｎａ隧道工程中的地质预报测量［Ｊ］．广东　超前地质灾害预报在应用像点法进行隧道的数据处理　公路交通，２００１，（２）：１１５—１２０．　时，事例的确定会受到解译的效果、影橡点平面上的　修回１３期：２００５—０７—０３　“空洞”及其空间尺寸、软弱带的后边界的确定的影响，　（责任审编　王天威）　并受到ＴＳＰ系统探测距离和精度的影响。文中提到应　注意的几个问题，对提高隧道地质ＴＳＰ超前地质灾害