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高速公路隧道 TSP 地质预报技术方案
昆明西普瑞格科技有限公司
2006-4-20
一、项目简介
小康高速公路隧道⋯⋯

二、隧道工程地质和水文地质
隧道工程场区主要不良地质现象包括:在喷发岩地区,局部发育风化软弱带;在
碎屑岩地区发育断层以及破碎带,影响岩体的稳定性。在碳酸盐岩地区,发育岩溶现
象。这些对隧道施工有较大影响
水文地质条件:地表河流较多,地层富水,特别是在碳酸盐岩地区,可能会发育
地下暗河。这些也将对隧道施工有较大影响
三、TSP 原理与方法
瑞士安伯格测量技术公司研制的 TSP 系统广泛应用于隧道施工过程中的超前地
质探测,其探测范围可达数百米,为安全高效的隧道施工提供决策依据。该系统获得
瑞士国家专利,代表了当今隧道地质超前预报技术的最新水平。
TSP(Tunnel Seismic Prediction)探测系统是为隧道施工地质超前预报而专门设
计的,能在隧道施工、地下矿藏和洞穴开挖前提供帮助,其目的在于迅速超前地提供
在开挖周围及前方的三维空间的工程地质预报。
自 1994 年 TSP 方法进入地下建筑市场以来,已成功地在全球诸多国家如瑞士、
瑞典、意大利、法国、莱索托、斯洛伐克、秘鲁、中国、印度、伊朗、日本、韩国、
菲律宾、不丹等国家的公路和铁路隧道、输水隧洞、煤巷等进行了卓有成效的地质超
前预报工作。
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TSP 系统的优点是预报范围至少 100 米,无须利用开挖面,在 TBM 施工及钻爆法
开挖情况下都可以应用,操作简单,对施工过程无妨碍,数据采集耗时少,处理快捷,
可现场评估,能确定断层、弱岩带、岩溶、含水层等地质体性质及空间位置。
TSP 方法属于多波多分量高分辨率地震反射法。地震波在设计的震源点(通常在
隧道的左或右边墙,大约 24 个炮点,图 1)用小量炸药激发产生。当地震波遇到岩石
波阻抗差异界面(如断层、破碎带和岩性变化等)时,一部分地震信号反射回来,一
部分信号透射进入前方介质。反射的地震信号将被高灵敏度的地震检波器接收,记录
单元以数字形式记录下来。通过 TSPwin 软件处理,便可了解隧道工作面前方地质体
图 1 TSP 系统装置
的性质(软弱带、破碎带、断层、含水等)和位置及规模。
TSP 数据是利用配套的专用 TSPwin 软件进行处理。TSPwin 软件中数据处理流程
包括 11 个主要步骤,包括频谱分析、带通滤波、能量均衡、纵横波分离、速度分析
和偏移归位等。处理结果可以提供在探测范围内地震反射层的 2D 或 3D 空间分布,
同时还可以显示与其相对应的岩石力学参数和岩石强度指标。根据反射波的组合特征
及其动力学特征、岩石物理力学参数等资料来解释和推断地质体的性质(岩溶、岩层
软弱带、断层带、节理裂隙带、含水等)。
使用 TSP 地质超前预报系统的好处在于,了解前方存在的地质危险带情况,赢得
施工和后勤保障的时间,使隧道开挖设备因停工带来的损失最小,确保支撑隧道的岩
石牢固可靠,改善工地的安全,有利于缩短工期,节省费用。
四、TSP 预报技术方案
隧道埋深浅,岩体风化严重。岩体发生风化,将导致