一、概况

受********委托，由******************隧道超前地质预报工作。

预报里程为ZK10+891 ～ZK10+761 段。

 本次工作依据的规范：

《铁路工程物理勘探规范》TB10013—2010

《铁路工程地质勘察规范》TB10012—2007

《铁路隧道超前地质预报技术指南》（铁建设［2008］105号）

《铁道部建设管理司关于进一步加强铁路隧道设计施工安全管理工作的通知》（铁建设［2010］352号）

 二、预报原理

图1  TSP法 原理图 

       本次测试采用TSP305三维隧道地质超前预报系统。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）用小药量激发产生。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。数据通过TSP305软件处理，便可了解隧道工作面前方不良地质体的性质（软弱带、破碎带、断层、含水等）和位置及规模。

       通过TSP305软件处理，可以获得P波、SH波、SV波的时间剖面、深度偏移剖面、提取的反射层、岩石物理力学参数、各反射层能量大小等成果，以及反射层在探测范围内的2D或3D空间分布。 

三、仪器设备及观测系统设计 

1．TSP305设备主要部件 

① 记录单元：12道，24位A/D转换，采样间隔20μs，记录长度为24K，动态范围120dB。

②接收器（检波器）：三分量加速度地震检波器，灵敏度为1000mV/g，频率范围为0.5～5000Hz，共振频率＞20kHz，横向灵敏度≤ 5 %，操作温度-29℃～77℃。

③TSP305软件：数据采集和处理集于一体。

2．观测系统设计 

TSP305三维隧道地质超前预报系统观测系统设计主要包括炮孔设计、接收孔设计。

①、炮孔设计

位置：在左洞隧道的左边墙。第1个炮孔离同侧接收孔为17m，炮孔间距1.5 m。

数量：设计24个，有效激发20炮。

直径：50mm/孔深1.5m。

布置：垂直隧道轴向，向下倾斜10°～20°（激发时密封炮孔）。

高度：离地面约1m。

②、接收孔设计

位置：在隧道边墙（面对掌子面），距离掌子面约55.3m。

数量：2个，隧道左右边墙各一个。

直径：φ50mm

孔深：2m(切勿超过2m）。

布置：垂直隧道轴向，用锚固剂固结 。

高度：离地面1m。

观测系统布置图如下。

四、资料处理

       采集的原始数据，通过TSP305软件进行处理。该软件主要处理流程包括：定义观测习惯→滤波→初至拾取与校正→炮能量均衡→反Q滤波→反射波提取→P、S波分离→速度分析→深度偏移→提取反射层。通过速度分析，可以将反射信号的传播时间转换为距离（深度）。处理结果可以用与隧道轴的交角及隧道工作面的距离来确定反射层所对应的地质界面的空间位置，并根据反射波的组合特征及其动力学特征解释地质体的性质。

对处理成果的分析，根据以下原则进行：

1、反射振幅越高，反射系数和波阻抗的差别越大。

2、正反射振幅表明正的反射系数，也就是刚性岩层；负反射振幅指向软弱岩层。

3、若S波反射比P波强，则表明岩层饱含水。

4、Vp/Vs较大的增加或泊松比δ突然增大，常常因流体的存在而引起。

5、若Vp下降，则表明裂隙密度或孔隙度增加。

       通过TSP305软件依次对原始数据进行数据准备、滤波、初至拾取、炮能量均衡、Q因子估算、反射波提取、P-S波分离、速度分析、深度偏移、提取反射层等处理，得到TSP法物理力学参数及反射层位成果图 。

处理关键步骤与成果图：图3-23

图3 检波器1(左)2(右) 一X分量数据

图4 检波器1(左)2(右) 一Y分量数据

图5 检波器1(左)2(右) 一Z分量数据

图6 检波器1一频谱

图7 检波器2一频谱

图8 检波器2纵横波分离后P波 

图9 检波器2纵横波分离后SH波 

图10 检波器2纵横波分离后SV波 

图11 检波器1 一P波偏移 

图12 检波器2 一P波偏移 

图13 检波器1 一SH波偏移  

图14 检波器2一SH波偏移

图15 检波器1 一SV波偏移 

图16 检波器2 一SV波偏移

图17 检波器1 一P波反射层

图18 检波器2一P波反射层

图19 检波器1 一SH波反射层

图20 检波器2 一SH波反射层

图21 检波器1 一SV波反射层

图22 检波器2 一SV波反射层

图23  TSP-305法物理力学参数及反射层位成果图

五、预报结论：  

       本次预报时掌子面里程为：ZK10+891，预报里程范围为ZK10+891～ZK10+761 （即掌子面前方130m ）。

掌子面开挖情况: 

       现场观察，掌子面主要为炭质灰岩，中风化，出水，近水平，中薄层，节理裂隙较发育，较破碎，Ⅳ级施工。

       通过对TSP305成果中各物理学参数分析，结合掌子面地质素描及设计资料，预报结论如表1。

             表1 TSP305三维超前地质预报成果表