隧道之超前地质预报技术体系
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概论隧道隧洞超前 地质预报体系
隧道之超前地质预报技术体系
前言
• 广义的超前地质预报技术，即综合超前地质预 报技术。它包括隧道隧洞所在地区地质分析与 宏观预报、隧道隧洞的洞身不良地质体超前预 报、超前钻探和重大施工地质灾害临近警报四 大部分。其中，隧道隧洞的洞身不良地质体超 前预报（即狭义超前地质预报）又分为长期超 前地质预报、短期超前地质预报两种预报形式 和预报步骤。 由于涵盖内容太多，本文只能简介如下。
隧道之超前地质预报技术体系
TSP-202 与 TSP-203 预 报 精 度 的 比 较 ， 已 被 山 西 “雁们关隧道”中外学者分别采用TSP-202和TSP203的超前地质预报的实践所证实。
在瑞士、英国、法国和日本等发达国家的隧道 隧洞施工中，已普遍采用TSP进行超前地质预 报工作，特别是TBM机械化施工，TSP已成为 TBM的“孪生弟兄”，据国外资料统计，它可为 隧道隧洞施工增收节支总经费的20%。
隧道之超前地质预报技术体系
一、隧道隧洞所在地区 地质分析与宏观预报
• 隧道隧洞所在地区不良地质宏观预报，是以深 入的地面地质调查为基础，通过区域不良地质 分析方法，宏观预报洞体施工可能遇到的不良 地质类型、规模、大约位置和方向，宏观预报 施工地质灾害的类型和发生的可能性。 只有在宏观预报的原则指导下，才能更准确、 更有效地实施洞体不良体地质超前预报和施工 地质灾害监测、判断及临近警报等后续预报工 作。所以，宏观预报是施工地质灾害超前预报 不可或缺的、第隧道一之超道前地工质预序报技。术体系
隧道之超前地质预报技术体系
目 前 ， TSP 共 开 发 出 TSP-201,TSP-202 和 TSP-203 共 三 个 系 列 ， 其 中 TSP-202 和 TSP-203在国内外最为普及。TSP-202和 TSP-203的最主要区别在于成果的解译手 段和精度：
隧道之超前地质预报技术体系
TSP-202，为人工解译型，又称“专家型”。在基本 解译原理的指导下，它必须在解译人员具有扎 实的地质学知识和基本功的前提下，依据各种 不良地质体的成因特征和标志，才能对成果图 反映的不良地质体的性质、类型，位置和规模 进行解译；一般地说，解译效果较好，预报的 精度也较高。由于它的解译技术要求高，较适 合解译水平较高的技术人员使用；所以，又称 为“专家型”。
隧道之超前地质预报技术体系
（二）隧道隧洞区域不良地质 分析技术
• 它是隧道隧洞所在地区不良地质宏观预报的依据。因为： 大多数隧道隧洞不良地质体本身就是区域地层、地质构 造或岩溶地质体的一部分。 主要包括：地层层序和特殊岩层分析，构造体系、构造 型式和构造分布规律分析，地应力状态分析，岩浆岩侵 入体成因、产状分析，溶洞、暗河、岩溶陷落柱和岩溶 淤泥带成生条件和展布规律分析，煤系地层中的煤层、 采空区和瓦斯地质分析等等。
隧道之超前地质预报技术体系二、隧道隧洞的洞身不良 地质体超前预报技术
• 隧道隧洞施工地质灾害的发生，与不良 地质体的存在和施工辅助工法不当密切 相关，首先是不良地质体的存在。所以， 超前预报施工地质灾害，首先要进行隧 洞不良地质体的超前预报。 隧道隧洞不良地质体超前地质预报依据 预报距离，分为长期（长距离—下同） 超前地质预报、短期（短距离—下同） 超前地质预报隧两道之超种前地预质预报报技形术体系式和预报步骤。
隧道之超前地质预报技术体系
1、TSP探测解译技术
（1）概况
TSP（Tunnel Seismic Prediction，隧道地震勘探） 设备是由瑞士安伯格公司开发、生产的，是当 前国内外最先进的隧道隧洞长期超前地质预报 设备，也是当前超前地质预报技术中的最重要 手段。它与其它超前地质预报的设备相比，最 大优点是：探测距离远（可达隧道隧洞掌子面 前方300～500米,有效预报距离100～150米）， 分辨率高（最高分辨率为1米），抗干扰能力 强（基本不受干扰），影响施工很少（钻孔和 测试在侧壁进行，洞内探测时间仅用45分钟）。
• 特别是对于TSP探测来说，只有通过隧道 隧洞所在地区主要洞体不良地质宏观预 报，才能更准确地布设炮眼的位置，才 能在TSP解译阶段选择正确的搜索角和调 谐角。所以，它是提高TSP预报精度的关 键技术之一。
隧道之超前地质预报技术体系
（一）深入的隧道隧洞地面 地质调查技术
• 它是区域不良地质分析的基础，当然，也 是宏观预报的基础。 主要包括：地层地质调查、地质构造调查、 岩浆岩侵入体调查、岩溶地质调查、煤系 地层调查和水文地质调查等等技术。
（一）长期超前地质预报
• 长期超前地质预报的预报距离为掌子面前方 100米～150米以上。 对于隧道隧洞不良地质体的长期超前地质预报 来说，国内外主要采用TSP（隧道地震勘探— 下同）或浅层地震仪等仪器探测方法来进行。 石家庄铁道学院桥隧施工地质技术研究所综合 国内外科研成果，经过20多年的深入研究，分 别研制出三种长期超前地质预报技术，并研制 出将三种预报技术紧密结合、可以相互验证的 高精度、高质量的综合长期超前地质预报新技 术。
隧道之超前地质预报技术体系
TSP-203，为智能解译型，又称“普及型”。它首先 通过设备软件求得各种不良地质体的不同的物 理参数，然后通过解译人员对各种不良地质体 相对可能具有的物理参数之理解，对成果图反 映的不良地质体的性质、类型，位置和规模进 行解译；由于物理参数不可能完全、准确地反 映不良地质体的性质、类型；所以，一般地说， 解译效果一般，预报的精度偏低。但它具有解 译技术要求低的优点（类似智能型相机），所 以较适合解译水平一般的技术人员使用；因此， 又称“普及型”。
隧道之超前地质预报技术体系
（2）TSP的基本原理：
首先，在隧道隧洞内，人工制造一系列有规则排 列的轻微震源；震源发出的地震波遇到地层界 面、节理面、特别是断层破碎带、溶洞、暗河、 岩溶陷落柱、岩溶淤泥带等不良地质界面时， 将产生反射波，它的传播速度、延迟时间、波 形、强度和方向等均与相关界面的性质以及产 状密切相关，并通过不同数据表现出来；通过 设备设置的震源反射波的数据采集系统（传感 器和记录仪），将这递增数据经微机处理后储 存起来。（图1）。
隧道之超前地质预报技术体系
前言
• 广义的超前地质预报技术，即综合超前地质预 报技术。它包括隧道隧洞所在地区地质分析与 宏观预报、隧道隧洞的洞身不良地质体超前预 报、超前钻探和重大施工地质灾害临近警报四 大部分。其中，隧道隧洞的洞身不良地质体超 前预报（即狭义超前地质预报）又分为长期超 前地质预报、短期超前地质预报两种预报形式 和预报步骤。 由于涵盖内容太多，本文只能简介如下。
隧道之超前地质预报技术体系
TSP-202 与 TSP-203 预 报 精 度 的 比 较 ， 已 被 山 西 “雁们关隧道”中外学者分别采用TSP-202和TSP203的超前地质预报的实践所证实。
在瑞士、英国、法国和日本等发达国家的隧道 隧洞施工中，已普遍采用TSP进行超前地质预 报工作，特别是TBM机械化施工，TSP已成为 TBM的“孪生弟兄”，据国外资料统计，它可为 隧道隧洞施工增收节支总经费的20%。
隧道之超前地质预报技术体系
一、隧道隧洞所在地区 地质分析与宏观预报
• 隧道隧洞所在地区不良地质宏观预报，是以深 入的地面地质调查为基础，通过区域不良地质 分析方法，宏观预报洞体施工可能遇到的不良 地质类型、规模、大约位置和方向，宏观预报 施工地质灾害的类型和发生的可能性。 只有在宏观预报的原则指导下，才能更准确、 更有效地实施洞体不良体地质超前预报和施工 地质灾害监测、判断及临近警报等后续预报工 作。所以，宏观预报是施工地质灾害超前预报 不可或缺的、第隧道一之超道前地工质预序报技。术体系
隧道之超前地质预报技术体系
目 前 ， TSP 共 开 发 出 TSP-201,TSP-202 和 TSP-203 共 三 个 系 列 ， 其 中 TSP-202 和 TSP-203在国内外最为普及。TSP-202和 TSP-203的最主要区别在于成果的解译手 段和精度：
隧道之超前地质预报技术体系
TSP-202，为人工解译型，又称“专家型”。在基本 解译原理的指导下，它必须在解译人员具有扎 实的地质学知识和基本功的前提下，依据各种 不良地质体的成因特征和标志，才能对成果图 反映的不良地质体的性质、类型，位置和规模 进行解译；一般地说，解译效果较好，预报的 精度也较高。由于它的解译技术要求高，较适 合解译水平较高的技术人员使用；所以，又称 为“专家型”。
隧道之超前地质预报技术体系
（二）隧道隧洞区域不良地质 分析技术
• 它是隧道隧洞所在地区不良地质宏观预报的依据。因为： 大多数隧道隧洞不良地质体本身就是区域地层、地质构 造或岩溶地质体的一部分。 主要包括：地层层序和特殊岩层分析，构造体系、构造 型式和构造分布规律分析，地应力状态分析，岩浆岩侵 入体成因、产状分析，溶洞、暗河、岩溶陷落柱和岩溶 淤泥带成生条件和展布规律分析，煤系地层中的煤层、 采空区和瓦斯地质分析等等。
隧道之超前地质预报技术体系二、隧道隧洞的洞身不良 地质体超前预报技术
• 隧道隧洞施工地质灾害的发生，与不良 地质体的存在和施工辅助工法不当密切 相关，首先是不良地质体的存在。所以， 超前预报施工地质灾害，首先要进行隧 洞不良地质体的超前预报。 隧道隧洞不良地质体超前地质预报依据 预报距离，分为长期（长距离—下同） 超前地质预报、短期（短距离—下同） 超前地质预报隧两道之超种前地预质预报报技形术体系式和预报步骤。
隧道之超前地质预报技术体系
1、TSP探测解译技术
（1）概况
TSP（Tunnel Seismic Prediction，隧道地震勘探） 设备是由瑞士安伯格公司开发、生产的，是当 前国内外最先进的隧道隧洞长期超前地质预报 设备，也是当前超前地质预报技术中的最重要 手段。它与其它超前地质预报的设备相比，最 大优点是：探测距离远（可达隧道隧洞掌子面 前方300～500米,有效预报距离100～150米）， 分辨率高（最高分辨率为1米），抗干扰能力 强（基本不受干扰），影响施工很少（钻孔和 测试在侧壁进行，洞内探测时间仅用45分钟）。
• 特别是对于TSP探测来说，只有通过隧道 隧洞所在地区主要洞体不良地质宏观预 报，才能更准确地布设炮眼的位置，才 能在TSP解译阶段选择正确的搜索角和调 谐角。所以，它是提高TSP预报精度的关 键技术之一。
隧道之超前地质预报技术体系
（一）深入的隧道隧洞地面 地质调查技术
• 它是区域不良地质分析的基础，当然，也 是宏观预报的基础。 主要包括：地层地质调查、地质构造调查、 岩浆岩侵入体调查、岩溶地质调查、煤系 地层调查和水文地质调查等等技术。
（一）长期超前地质预报
• 长期超前地质预报的预报距离为掌子面前方 100米～150米以上。 对于隧道隧洞不良地质体的长期超前地质预报 来说，国内外主要采用TSP（隧道地震勘探— 下同）或浅层地震仪等仪器探测方法来进行。 石家庄铁道学院桥隧施工地质技术研究所综合 国内外科研成果，经过20多年的深入研究，分 别研制出三种长期超前地质预报技术，并研制 出将三种预报技术紧密结合、可以相互验证的 高精度、高质量的综合长期超前地质预报新技 术。
隧道之超前地质预报技术体系
TSP-203，为智能解译型，又称“普及型”。它首先 通过设备软件求得各种不良地质体的不同的物 理参数，然后通过解译人员对各种不良地质体 相对可能具有的物理参数之理解，对成果图反 映的不良地质体的性质、类型，位置和规模进 行解译；由于物理参数不可能完全、准确地反 映不良地质体的性质、类型；所以，一般地说， 解译效果一般，预报的精度偏低。但它具有解 译技术要求低的优点（类似智能型相机），所 以较适合解译水平一般的技术人员使用；因此， 又称“普及型”。
隧道之超前地质预报技术体系
（2）TSP的基本原理：
首先，在隧道隧洞内，人工制造一系列有规则排 列的轻微震源；震源发出的地震波遇到地层界 面、节理面、特别是断层破碎带、溶洞、暗河、 岩溶陷落柱、岩溶淤泥带等不良地质界面时， 将产生反射波，它的传播速度、延迟时间、波 形、强度和方向等均与相关界面的性质以及产 状密切相关，并通过不同数据表现出来；通过 设备设置的震源反射波的数据采集系统（传感 器和记录仪），将这递增数据经微机处理后储 存起来。（图1）。