TSP法在中老铁路友谊隧道超前地质预报中的应用

TSP法在中老铁路友谊隧道超前地质预报中的应用

林寿海1 , 王良赞2

1.四川省地质矿产勘查开发局区域地质调查队  成都 610213

2.成都华丰工程勘察设计有限公司  成都 610042

摘要：以中老铁路友谊隧道为背景，通过使用TSP法对友谊隧道开展超前地质预报，为了进一步探明隧道掌子面前方节理裂隙、断层以及地下水等地质情况，以降低地质灾害发生的概率及危害程度，为隧道安全高效率施工提供基础的参考资料[1]。

关键词：TSP法；超前地质预报；友谊隧道

随着物探方法的普及应用，逐渐应用到了各行各业当中，也显示了其起到的重要作用。隧道施工中也应用到了物探方法，如超前地质预报中采用了TSP法与地质雷达法相结合的有安石隧道[2]、荣家湾隧道[3]、西延高铁岩溶隧道[4]、十八里堡隧道[5]等，万寿山隧道[6]、齐岳山隧道[7]、福厦高铁隧道[8]等则采用了TSP法进行超前地质预报保证施工安全和施工进度。为了给隧道安全高效率施工提供基础的参考资料，中老铁路友谊隧道超前地质预报采用了TSP法与地质雷达法，同时结合地质调查法。

一、工程概况

中老铁路友谊隧道位于中国与老挝交界处，穿越国境线，是“一带一路”建设的重要组成部分；友谊隧道为跨境连接中国与老挝的隧道，全长约9675m[9,10]。其中中国境内长约7260m，最大埋深约220m；老挝境内长约2425 m，最大埋深约243m。

遂址区在地貌上属于低山丘陵区，地形上起伏较大。地表上覆盖着第四系全新统坡残积层的粉质黏土。下伏第三系（E1-2）泥岩夹砂岩、砾岩、岩盐含石膏；白垩系上统（K2）泥岩夹砾岩、砂岩，下统（K1）砂岩夹砾岩、泥岩。

二、工作方法

TSP法称为隧道前方地震预报法或超前地质预报法。本次超前地质预报使用仪器TSP303 Plus（编号：1207）采集数据资料。

使用“TSP303Plus”软件对采集的原始资料进行处理，得到TSP法反射层位及物理力学参数（见图1），把TSP法反射层位及物理力学参数作为资料解释的主要依据。根据TSP法探测原理来分析，归纳资料解释原则如下。

（1）反射波能量：S波反射能量强、P波反射能量弱，显示存在流体或水体。

（2）反射波相位：反射波为正相位时，显示围岩由较软弱变为较坚硬；反之则显示围岩由较坚硬岩层变为较软弱。

（3）泊松比和VP/VS比值：一般当泊松比大于0.28或VP/VS比值突然增大时，显示围岩含（富）水或较破碎。

（4）杨氏模量：一般当杨氏模量大于30时，显示岩体坚硬，反之，则显示岩体较软弱。

（5）量值突变：在一定段落内，当反射界面较多且杨氏模量和泊松比幅度变化较大时，显示围岩破碎。

三、预报结果

本次超前地质预报里程范围为DK0+844.6～+944.6段，即掌子面前方100m，预报成果如下。

（1）预报里程范围为DK0+844.6～+865，长度20.4m，预报围岩级别Ⅴ级、破碎、节理裂隙较发育；该段围岩与掌子围岩情况基本一致；提请施工过程中加强支护。

（2）预报里程范围为DK0+865～+885，长度20m，预报围岩级别Ⅳ级、较破碎～破碎、节理裂隙较发育；相比DK0+844.6～+865段，该段围岩情况稍微变好；提请施工过程中加强支护。

（3）预报里程范围为DK0+885～+900，长度15m，预报围岩级别Ⅴ级、破碎、节理裂隙较发育；相比DK0+865～+885段，该段围岩情况变差；提请施工过程中加强支护。

（4）预报里程范围为DK0+900～+916，长度16m，预报围岩级别Ⅳ级、较破碎～破碎、节理裂隙较发育；相比DK0+885～+900段，该段围岩情况稍微变好；提请施工过程中及时支护。

图1  TSP法反射层位及物理力学参数成果图

（5）预报里程范围为DK0+916～+933，长度17m，预报围岩级别Ⅴ级、破碎、节理裂隙较发育；相比DK0+900～+916段，该段围岩情况变差；提请施工过程中加强支护。

（6）预报里程范围为DK0+933～+944.6，长度11.6m，预报围岩级别Ⅳ级、较破碎～破碎、节理裂隙较发育；相比DK0+916～+933段，该段围岩情况稍微变好；提请施工过程中及时支护。

四、结论

通过TSP法在中老铁路友谊隧道里程DK0+844.6～+944.6段开展超前地质预报，主要取得以下结论及建议：

（1）本次预报时掌子面里程为DK0+844.6，掌子面揭示为第三系地层，岩盐、砂质泥岩混合沉积，成岩较差，胶结较差，岩盐含量高，紫红色，掌子面可见纯岩盐条带，白色，宽3-10cm，贯通掌子面，干燥，未见地下水发育，Ⅴ级。

（2）隧道于DK0+860里程附近与班博腾断层大角度相交；该段地表水不发育，地下水主要为基岩裂隙水，水量较小；未见不良地质现象。

（3）预报段围岩总体上为较破碎～破碎，岩体较软弱，提请施工过程中加强支护，防止局部塌方、掉块等地灾发生，并施做超前水平钻孔及加深炮孔进一步探测，保证工程施工安全。

（4）建议隧道各段都采用长距离的TSP法与短距离的地质雷达法相结合进行超前地质预报，提高预报的准确率，便于及时采取施工措施，对确保施工安全和施工进度非常重要。

参考文献：

[1]陈登亮.综合物探法在隧道超前预报中的应用效果分析[D].成都理工大学,2017.

[2]金理强,李方涛.地质雷达法和TSP法在隧道超前地质预报中的应用[J]. 公路交通科技(应用技术版),2020,16(04):278-280.

[3]李梦.TSP预报和地质雷达在荣家湾隧道中的应用[J].四川建筑，2020,40(03):91-93+97.

[4]张文康.超前地质预报方法在西延高铁岩溶隧道中的应用[J].山西建筑,2022,48(14):157-159+162.

[5]李航帆.综合物探方法在十八里堡隧道超前地质预报中的应用[D].中国地质大学(北京),2021.

[6]肖云华,唐霄.隧道前方地震预报法在万寿山隧道超前地质预报中的应用[J].长江工程职业技术学院学报,2012,29(03):5-7.

[7]廖轶峰,陈禹成.基于TSP法的齐岳山隧道超前地质预报应用[J]. 中华建设,2015,(06):118-119.

[8]夏龙龙.福厦高铁隧道超前地质预报TSP法应用效果及影响因素研究[D].西南交通大学,2020.

[9]常兴旺,宋章,赵平等.友谊隧道盐岩工程地质特征及防治对策[J].铁道工程学报,2021,38(6):26-31.

[10]王志杰,李金宜,邓宇航等.盐岩隧道施工病害揭示及致灾因子研究[J].现代隧道技术,2021,58(05):46-55.

作者简介：林寿海，(1984-)，广西贵港人，硕士，工程师，主要从事地质调查及相关工作。

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