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摘要：随着隧道超前地质预报技术的多元化发展，使得工程技术人员具有更多选择，其中TSP203地震预报系统在预报距离、范围和检测时间上较其他传统预报技术有一定的优势，然而其预报的结果与现场施做、人为干扰和后期分析等因素具有密不可分的关系。本文通过对在隧道的两次预报中选取具有代表性的几个事例。对检测和数据选取方面总结出一些建议，对隧道长距离超前预报提供一定的参考。
关键词：TSP203超前地质预报；纵横波速比；数据分析；窗口长度；干扰
0前言
隧道作为交通枢纽的重要组成在山岭地区发挥着无可替代的作用，而复杂的地质和水文条件却是对隧道施工的最大挑战，所以对隧道进行超前地质预报工作显得尤为重要。TSP203作为国内使用较为普遍的长距离预报手段，在实地操作和分析时往往受各种因素干扰和人为失误造成错误甚至相反的结论。本文就两次预报案例（涌泥、涌水）对频谱的选择、纵横波速比的和反射波判释的失误提出分析和指正，对反射波的成功提取分享成果，籍此总结经验，以减少误判题提高预报的准确性，能正确地指导隧道施工。
1事例A分析
1.1事例说明
A隧道为长大隧道，埋深200米，据设计图中地质说明，洞顶左侧分布一水库，库容量800多万方，隧道洞身为花岗岩，有差异风化，地下水主要表现为堆积层中的孔隙水及基岩裂隙水，发生隧道涌水突泥的可能性较小。但该隧道在施工当年便斜井发生多次突泥涌水事故，涌泥量达数万方。随即召开专家会议立即更改方案，采用迂回导坑绕过涌泥地段。次年2月，在里程K0+165处进行了一次TSP超前预报，但预报结论并未指出前方仍存在涌泥风险，以至于3月在K0+210处再次发生涌泥时未能提前预警，耽误工期数月，造成巨大损失。通过之前的数据重新进行对比进行溯源分析，以此避免在以后的预报中重蹈覆辙，并找出如下原因：
1.2现场干扰和人为干扰
由于在此次预报时为紧赶之前四次突泥耽误的工期，隧道并未停止施工，出现以下几点值得改进的地方：
一、洞中过往车辆和掌子面掘进的机械震动直接随着反射波同时被接收单元采集；
二、检波器在放入环氧树脂后只是在检测套管末端与围岩贴合，并未完全耦合，套管的二次和多次波影响信号接收；
三、盲目追求预报的时间短，不影响施工，未在炮孔做封堵耦合措施，爆破产生的能量未全部转化为震动反射波，影响检波器对能量的接收；故在此后的工作应停止洞内的一切作业噪声源并充分耦合检波器和封堵炮眼，最大限度减少可控干扰，保障过程中对信号的高质量采集。
1.3 数据长度的截取和纵横波比值的辨识
数据长度的截取直接关系到预报距离的长短，本次共采集22道反射波，由于洞内噪声源干扰和未完全耦合，首次反射信号干扰波出现在第三道波大约70ms处（如图1）最后一道出现在150ms，为避免过早略图1
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图1
去有效源导致影响靠后的数据，应折中选择数据长度在110ms左右，通过滤波步骤再择掉靠前段的干扰波。而当时过分追求预报距离，将数据长度选取在200ms，造成大量干扰波直接参与到后期对有效波的处理，耽误辨识时间，增大波形判释难度，将报告结论带入错误导向。
在TSP预报解释准则中第三条指出：若Vp/Vs增加或δ突然增大，常常由于流体的存在而引起。
图2中，检波器里程K0+100,可见里程K0+190～245
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图2
段中反射中横波数目明显较其余里程段多（其中三角形为纵波P，圆形为水平横波SH，方形为垂直横波SV），横波无法在水中传播，反射较明显，纵波能在固液气态中传播，反射数目较少，可见该段里程反射回来的基本都是横波；190～205段Vp/Vs值显著提高，其值范围在1.9～1.98内，且提升空间较大；动态弹性模量数值总体较低，有下降，所以推测该段含水或者节理裂隙发育的坚硬岩层。而原报告中前期直达波窗口长度的过多选取多导致后期处理时未能有效发现参数的变化，并没有指出该段地质预报中应值得注意的地方，对前方围岩的差别变化只是一笔带过，以至于在施工中遇到涌泥灾害时没有做足提前预防的工作，遇到地质灾害后耽误了工期，同时也造成工程损失。
2 事例B分析
2.1.事例说明
B隧道全长9400米，最大埋深580多米，坡度-3‰，洞身围岩为花岗岩。设计中物探异常带DK313+530～DK314+930段：洞身通过段电阻率值相对较低，但等值线变化平稳，推断围岩节理裂隙发育，岩石较破碎，富含地下水，容易产生突泥涌水现象。2013年3月在该隧道挖掘至里程DK314+616时，掌子面上部在掘进时由钻眼内喷出大股涌水，受下坡影响隧道内迅速积水，最深处达1米，严重影响工程施工。项目立即展开TSP与地质雷达综合超前地质预报，对掌子面前方的地下水的规模进行分析研讨施工方案，并于次日对该隧道实施TSP。
2.2.线性频谱的截取
受隧道内积水影响，掌子面及其周边工序暂缓，检测时未受人为机械因素干扰，原始数据采集过程较理想。由于时窗长度中未见干扰波，截取长度可适量增加，但不可过短而略去有价值的反射波。理想的线性频谱应是在小频率内振幅急剧上升达到峰值后骤降，之后曲线趋于平缓，不再出现较大振幅，如出现后期曲线突兀，多半是隧道内管道波干扰，这就对超前预报操作过程有严格的声源控制要求，但往往接收到的反射波频谱杂乱无章，有的在低频振幅很小，到了高频振幅才达到峰值；有的在高频内连续达到好几个峰值，这时就不能把高频出现波峰现象认为都是干扰波，但能根据大幅变换时窗长度来观察频谱变化程度，如分别把窗口长度选在100ms以内和200ms以上，再对比两次频谱，若振幅变化不大的应在带通滤波范围选取中则应予以保留，变化大的应继续通过窗口长度细微调整继续观察择选，循环操作以选取最优频谱。图3中波形振幅0～580Hz由峰值降至最小，之后区域平。
图3
缓，而1010Hz左右出现振幅增大，根据这种情况缩小时窗长度发现，该增大出只是略微振幅减小，所以不能切除。在预报的结果中指出，掌子面前方6m内弱风化完整性较差地下水发育有线状或股状出水，6m后未见横波反射强烈，地质雷达报告中也指出掌子面前方5.8m范围内围岩破碎，波象杂乱，经
开挖后验证6m后确无涌水现象。本次预报保障隧道的施工同时也打消了项目对潜在地质灾害的疑虑。
3 结论
对于TSP超前预报来说，施工中的隧道往往存在各种噪音源，预报时理论上应停止一切施工，最大限度减小影响，但遇到无法停止的少量干扰我们只能通过后期对数据进行择选，而后期的处理的正确与否直接关乎结论准确度，本文在窗口长度选取、由纵横波通过情况判断掌子面含水概率，线性频谱的范围提供了一些看法，对TSP预报有一定参考。
参考文献：
[1]李术才，李树忱，张庆松岩溶裂隙水与不良地质情况超前预报研究［J］.岩土力学与工程学报，2007,26（2）：217-225
[2]舒森如何提高TSP203系统在应用中的准确性［J］.物探与化探，2011（5）：1710-714
论文作者:刘邱迟男
论文发表刊物:《防护工程》2018年第36期
论文发表时间:2019/4/4
标签：隧道论文; 干扰论文; 反射论文; 长度论文; 振幅论文; 超前论文; 地质论文; 《防护工程》2018年第36期论文;