花果山隧道右洞YK97+475掌子面地震超前地质预报报告

新建恩来恩黔高速公路
第七标段
花果山隧道出口右洞
Y K97+475掌子面地震波法
超前地质预报成果报告
（预报里程：YK97+475～YK97+370）
报告编写：崔徳海
复核：田忠
审核：曹哲明
中铁第四勘察设计院集团有限公司恩来恩黔高速公路隧道地质预报项目部
二〇一二年二月
花果山隧道出口右洞YK97+475掌子面 地震波法超前地质预报成果报告
一、隧道地震波超前预报原理及现场工作情况
1．探测原理
隧道地震弹性波法超前预报原理是利用地震反射波和绕射波原理，对隧道掌子面前方的地质条件进行探测。

由震源产生的地震波向隧道前方传播的过程中，遇到岩体中相对大的声阻抗界面会产生反射波，遇到相对小的声阻抗界面会产生绕射波，统称为地震回波。

利用设备采集隧道围岩中界面的地震回波，通过专业处理系统提取回波的界面位置、空间分布、回波极性和回波能量等信息，并结合隧道地质勘察资料综合分析，实现隧道地质超前预报目的。

现场需要采用三分量检波器实现空间地震回波的矢量检测和纵横波采集，保证处理系统利用多波多分量进行全波震相分析和极化波计算，获得2维和3维空间的偏移归位图、断面扫描图，获得界面回波位置和界面空间分布，以及界面间岩体性质等预报资料。

2．预报系统及现场实施情况
本次隧道地震超前地质预报工作，采用TGP206A 隧道地质超前预报系统进行。

铁四院超前地质预报项目组于2012年02月28日进场开展工作，当日完成数据采集工作，02月29日即提交电子文档资料。

3. 预报数据采集工作
数据采集工作包括：激发孔和接收孔的布置、药卷同步信号制作、接收探头安装、仪器采集参数设置、和隧道施工地质调查5个内容。

① 激发孔应选择在构造界面与隧道夹角小的一侧洞壁，离掌子面5～10米开始，高度1米左右，以2米间距连续布置24个。

之后退20米至30米在隧道左右洞壁的相同里程各布置一个接收孔。

接收孔与激发钻钻孔深度均为2米，接收孔水平布置，激发孔向下倾斜，倾角约100～150，以方便注水。

② 炸药激震的同步信号采取开路触发方式，药量控制在75克至100克，各孔药量一致。

③ 接收探头采用定向工具安装和采用黄油直接耦合钻孔壁，有利于提高接收信号的信噪比。

④ 仪器采集参数设置的原则：软岩采样率选择0.1ms 档, 硬岩采样率选择0.05ms 档，通过选择采样点数保证地震记录长度不小于200ms 。

TGP 超前预报测线示意图
⑤ 施工地质调查详细记录炮孔段和掌子面岩体的工程地质和水文地质特征。

4. TGP 现场数据记录表
5.现场开挖地质情况
炮孔段为溥～中厚层状灰岩，较完整；+475掌子面左部为灰岩较完整，中部到右边墙发育大型垂向岩溶空腔，一直延伸到隧道上方地面，引起地表塌陷，沿掌子面前方发育2～3米。

二、地震波超前预报成果图
1、地震波三分量原始记录图
2、同侧及对侧P 波、SH 波、SV 波三波型合成位图对比
X 分量 Y 分量 Z 分量
3、同侧纵波反射界面综合纵剖面分布图
4、同侧纵波绕射成像横断面扫描切片成果图
同侧三波型合成位图对比度 对侧三波型合成位图对比
5、同侧综合地质预报成果图
成果图显示：① 3个纵波反射界面；7横波反射界面；
②反射界面与隧道线夹角约60～80度，倾角45～80度；
③估算岩体速度曲线：纵波在YK97+446～+428、YK97+414～+350降低；
横波在YK97+420～+400、YK97+385～+350降低。

三、超前预报资料分析
1、现场数据质量评估
本次现场采集原始数据质量较好，但由于该隧道分上、下台阶开挖，炮孔全部位于上台阶上，接收孔位于下台阶上，这样造成接收孔距下台阶隧底距离较高，工人施钻时操作不便，导致接收孔的钻孔参数未能达到技术要求（未垂直于隧道轴线，偏差角度较大，且左侧接收
孔钻孔堵塞，仅1.6米深），这对后续采集资料分析解释成果的客观性带来较大的影响，要
求补孔也未果，对后续解释成果结论可能会带来一定偏差，实难避免。

2、资料分析
测量段即炮孔布置段，其岩体参数利用地震波三分量原始记录计算获得。

本次测量段岩体的弹性参数如下：纵波速度Vp=4750米/秒；横波速度Vsh=2620米/秒；泊松比为0.281；动弹性模量Ed=45273Mpa；动剪切模量Gd=17666Mpa；岩体密度为2.57吨/立方米。

以上参数代表测量段岩体的弹性性质。

TGP系统利用开挖揭露出的岩体条件作为预报分析的基础。

四、预报结论与施工建议
通过对施工开挖揭示地质情况及TSP隧道地质超前预报成果的综合分析，对掌子面前方105米左右范围的隧道围岩情况预测结果与施工建议如下：
1、YK97+475～+446段，长度29米
该段围岩为灰岩，估算岩体速度与测量段（炮孔实测段）岩体纵波速度基本一致，约为4750m/s，横波速度约为2600m/s，目测可见掌子面至隧道右部已穿越溶洞发育段。

+460～+470段绕射偏移图上波幅呈红蓝相间变化，推断该范围内掌子面前方仍有充填型溶洞发育的可能性，施工中注意坍塌、裂隙水涌现，及时做好支护和防排水措施，谨慎掘进。

2、YK97+446～+428段，长度18米
该段纵波速度明显降低，推断岩体整体发生变化，可能局部夹泥，围岩强度变低。

+443～+435段横波绕射成果偏移图上显示强反射界面，推断岩溶发育，尤以掌子面右侧发育更甚，施工中需对该异常段引起重视，提前布置超前钻探进行探查后谨慎掘进。

3、YK97+428～+414段，长度14米
该段岩体纵波速度曲线变高，与本次测量段（炮孔实测段）岩体纵波速度基本一致，表明岩体强度整体从低变得略高，较之前一段相对增强。

但在+428、+416里程段前后注意局部溶蚀破碎夹泥，施工中应注意在异常段之前提前布置超前钻探进行详细探查后方可安全掘进。

4、YK97+414～+370段，长度44米
该段整体纵横波速度均变低，推断岩层整体发生变化，围岩变得破碎或软弱,也可能为岩性变化（炭质页岩）引起，围岩强度降低。

若岩性未发生改变，+410、+405～+400、+385～+380里程段附近注意局部充填型溶洞发育或溶蚀破碎夹泥，施工中应注意在异常段之前提前布置超前钻探进行详细探查后方可安全掘进。

五、下次预报工作建议：
1、在隧道施工到YK97+370里程时通知安排下一次预报工作。

2、为保证超前预报数据采集质量及预报效果，在配合地震波超前地质预报钻孔施作时建议施工单位应有专人现场督促检查钻孔情况，严格按照预报单位提供钻孔技术参数进行钻探，不合格钻孔应重新施钻到合格。