TSP法隧道超前地质预报技术研究与应用

TSP法隧道超前地质预报技术研究与应用

钱云川

蜀工公路工程试验检测有限公司 四川成都 610100

摘要：TSP隧道的地质超前预测，是通过在隧道周围的岩石中，按照一定的排布，产生一种弹性波，当弹性波传播到三维空间时，接触声阻抗分界面，也就是地质岩相变界面、结构断层带、喀斯特及喀斯特发展带等,将发生一种弹性波反射情况，这个反射波由埋设在巷道周围岩石中的探测设备探测到，向仪器输入实施信息源的扩增、信息收集和分析。

关键词：TSP法；隧道；地质预报

引言

物探技术能极大地影响每天的地质灾害勘查工作。在科学技术飞速发展的今天，在国内，物探技术已经成为了一项重要的工程，它是保证工程质量和安全的重要手段。TSP法是利用物探技术对隧道工程进行地质预测的一种先进技术。所以，在进行TSP探测预报的时候，一定要对隧道的地质状况有一个全面的认识，在数据采集、处理和评估的每一个环节都要有针对性，这样才能保证地质预报的可靠性和准确性。

一、TSP原理及特点

（一）原理

隧洞超前地质预测检测法是利用TSP进行的，它的观测系统是按空间分布的，而接收和激励系统则分别位于隧洞两侧的岩层中。地震波的产生是通过小爆炸，电火花，撞击等方式来实现的。TSP能对两侧及上、下两个层面的回进行甄别、过滤，只留下掌子面前的回波，防止了误报警；并给出了掌子面前的岩石波速度及地层接触面的精确图像。地震波速度可作为岩体工程等级划分的基础，而界面可作为地质结构解释的基础。

在不同的阻抗界面条件下，地震波将会在不同的阻抗界面上被部分反射，而另一些则会传输到前方介质中。利用高灵敏的测震仪对反射回波进行探测。利用地震波软件对数据进行处理，就可以对隧道工作面前方不良地质体的性质、位置和规模进行了解。

（二）特点

将TSP方法应用于隧道地质超前预测，能够充分利用TSP方法的高精度、高实时、大范围、易操作、易推广等优点。首先，利用TSP方法，在隧道沿线构造地质点和地质点间构建关联地图，实现对可能发生的地质灾害的精确预报，为隧道建设提供精确的地质资料。在此基础上，提出了一种基于TSP的数值模拟方法。其次，TSP方法可以对地质资料进行实时更新，对新发生的地质灾害进行预报。由于地质灾害通常都是难以预测的，因此，通过对地质信息进行实时的更新，可以实现早期预警、早期准备和早期预防。第三，利用TSP方法可以对隧道沿线可能发生的滑坡、塌方和地下水突涌等地质灾害进行预报。由于该方法的适用范围较广，因此，TSP方法在隧道地质超前预报方面，是一种极具应用价值的方法。同时，TSP方法也是一种比较简便的方法，它仅需在现有地质资料的基础上构造出一个图形，再用TSP方法进行求解。从而使TSP方法具有较好的实用价值。此外，TSP方法还具有很强的扩展性，可以通过添加新的地质点，改变已有地质点之间的联系，从而满足各种地质情况及预测要求。该方法具有较强的适应性，因此可将其应用于隧道地质超前预测。

二、Tsp的组成及施作

（一）结构组成

Tsp由主机、数据接收装置、仪表盒、三分量受震单位、容器套筒清洗棒、装配工具箱、触发装置、缆线、电源系统等组成。

地震反射法预测观测系统的布设方式如下：该系统设在施工掌子面后大约60m的区域内，炮孔设置在与隧洞轴成锐角处的构造走向；按照巷道中岩层的走向，将炮孔设置在左右两侧，从靠近掌子面的一侧墙壁上，每隔1.5米就设置一个发射孔，发射孔倾角为10度至20度，直径38至45毫米，孔深1.5米，共设置24个发射孔。在第24个激发孔朝向洞口的方向测量15-20米，在左右墙上分别设置一个直径45毫米，深度2米的地震波信息接收孔。所述的发光口和所述的接受口基本上处于相同的水平。当所有孔打完后，还需测量孔距，并与隧道的长度相关联。

图1器孔和炮孔平面分部示意图

(二）现场施作

由于隧道建设的特殊条件，实际布置与设计存在一定的差异，因此TSP的观测坐标必须精确定位，定位坐标是数据处理中的关键，它直接影响到速度、定位的精度。对测量精度的要求是10厘米。在钻孔成形和检波器和炸药充装前对其进行测量。要一孔一孔地测高、测深、测间距；测量井眼到工作面的最短距离，检测器深度和高度，和检测器S1的距离；在进行正式爆破收集数据的时候，为了保证收集到的数据最小化，所有的钻探、放炮、输送等工作都要停下来。整个探查过程需要大约60分钟。

三、TSP法隧道超前地质预报技术的局限性和改进方向

（一）当前技术的局限性

虽然TSP方法在隧道地质超前预测方面具有明显的优越性，但是其不足之处也很明显。首先，地质资料的品质决定了TSP方法的预报准确率。若资料有误或不全，则会使预报精度大大降低。其次，TSP方法具有较高的计算量和较高的计算量。在大型隧道项目中，这将是一个棘手的问题。另外，图论模式对TSP方法的预报范围也有一定的局限性。在地质条件比较复杂，灾害种类比较多的情况下，就不一定能够对全部的地质灾害进行精确的预测。

（二）TSP法在隧道地质超前预测上的改进措施

尽管TSP方法在隧道地质超前预测方面还存在一定的不足，但是它的优势还是很明显的。随着TSP方法的不断完善，TSP方法在隧道工程地质预测中的应用将会越来越广泛。

首先，在TSP方法中，改善地质资料的品质与完整性，是提高TSP方法预测准确率的重要环节。利用遥感、物探等现代地质勘查技术，可以获得更为详细和精确的地质资料。为了保证资料的实时、准确，还必须建立一套健全的资料更新与维护机制。

其次，对TSP算法进行了改进，从而提高了算法的运算速度。本项目拟通过引入并行、分布式等技术，将大规模问题分解成若干个小型问题，共同分担计算压力，提升计算效率。在此基础上，本项目还将结合深度学习、强化学习等新型优化方法，进一步提升TSP方法的预测准确率与效率。

另外，扩展TSP方法的应用领域也是一项有意义的工作。在复杂多变的地质情况下，采用多目标图模型和动态图模型是可行的。此外，还可增加地震和火山喷发等灾害类型，提高TSP方法的预报水平。

同时，对TSP方法的运行流程进行了简化。在实施以上优化措施后，采取一种易于使用的系统接口，并给出了更加详尽的使用说明，从而大大降低了系统的复杂度。同时，还能为用户提供网上的技术支持，为用户提供咨询、咨询等，以提升用户的满意度。

结语

采用TSP法对隧洞进行超前地质预测，是一项很有发展潜力的工程技术。通过对隧道施工过程中可能出现的地质灾害进行预测，可以提前采取预防措施，避免或减少工程损失，保证隧道施工的安全和顺利进行。然而，该技术也存在一些局限性，如预测精度受到地质数据质量的影响，预测范围受到图模型的限制等。为了克服这些局限性，未来的研究可以从提高地质数据的质量和完整性、优化TSP算法以提高计算效率、扩大TSP法的预测范围以及简化TSP法的操作过程等方面进行。总的来说，随着科技的发展和研究的深入，我们有理由相信，TSP法隧道超前地质预报技术将在隧道施工领域发挥更大的作用。

参考文献

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