陈树见 李荣华 张以泽
(云南第二公路桥梁工程有限公司，云南昆明 650205)
0 引言
随着我国隧道、矿山以及其他地下工程建设的迅猛发展，遇到的地质条件也越复杂。地下工程修建过程中将会遇到更多的岩溶和不良地质灾害，其中岩溶突涌水已成为岩溶地区隧道施工中主要的地质灾害之一［1，2］。
隧道地震勘探法(TSP)是施工期非破坏性长期超前地质预报的主要方法之一，基于TSP方法适用范围广、预报距离长、施工干扰小、探测时间短以及资料提交及时等诸多优点，TSP方法已经成为长大隧道信息化施工中应用最广泛的物探方法之一。
目前探测岩溶裂隙水的技术方法主要有水文地质法、地质雷达技术、瞬变电磁法和红外探水法等。TSP方法对工作面前方遇到与隧道轴线近垂直的不连续体(节理、裂隙、断层破碎带等)界面的测量结果比较可靠，但在工作中发现，TSP对岩溶裂隙水的存在也有一定的反应。
1 TSP探测原理
TSP测量系统是通过在掌子面后方一定距离内的钻孔中以微震爆破来发射信号的，爆破引发的地震波在岩体中以球面的形式向四周传播，其中一部分向隧道前方传播，经隧道前方的界面反射回来，反射信号经接受传感器转换成电信号并放大。从起爆到发射信号被接收的这段时间是与反射面的距离成比例的。通过反射时间与地震波传播速度的换算就可以将反射面的位置、与隧道轴线的夹角以及与隧道掘进面的距离确定下来，同时还可以将隧道中存在的岩性变化带的位置方便的探测出来。
TSP地震波数据处理的第一步是根据测得的从震源直接到达传感器的纵波传播时间由式(1)换算出地震波的传播速度:
其中，T1为直达纵波的传播时间，s;L1为爆破孔至传感器的距离，m。
确定反射界面位置的关键，是在准确判定反射界面的基础上给出发射波的传播时间。由式(1)求得地震波的传播速度，就可以通过测得反射波传播时间来推导出发射界面与接收传感器的距离以及与隧道端面的距离，整个推导过程可由式(2)导出:
式中:T2——反射波的传播时间;
L2——爆破孔至反射面的距离;
L3——传感器至反射面的距离。
接收传感器将接受到的反射波数据传输给记录仪电脑储存起来，利用处理软件对储存的数据进行处理，形成反映隧道相关界面的隧道影像点图，由分析人员进行解释，得到前方的地质情况。可以根据公式求出预测洞段的泊松比、静态扬氏模量等信息，以用来对掌子面前方的不良地质体进行预报。
泊松比:
动态弹性模量:
式中:VS——横波波速;
VP——纵波波速;
ρ——岩石密度。
2 工程概况
峡口隧道位于兴山县峡口镇总长6 487.0 m，隧道最大埋深约1 500 m，属深埋特长隧道。
隧道所处区域地貌单元属构造剥蚀层状单斜低中山地貌，地形起伏大，岩溶较为发育。隧道区大地构造属于构造剥蚀层状单斜低中山岭地貌，山体由寒武系～三叠系碳酸盐岩夹碎屑岩地层构成，以坚硬碳酸盐岩砂岩为主、夹半坚硬泥页岩，峰岭走向受地层走向控制，呈南北向条带展布。隧道所穿越的河间地块为单斜构造区，由寒武系～奥陶系碳酸盐岩地层、志留系～泥盆系碎屑岩地层、二叠系～三叠系碳酸盐岩地层构成，地层走向近南北，中等倾斜，倾向西～西南。
3 TSP203系统数据采集、处理和解释
本次预报采用的是TSP203plus系统，对隧道ZK108+580～ZK108+450段进行探测。沿隧道右侧洞壁布置24个爆破点，爆破点平行于隧道底面呈直线排列，孔距1.5 m，孔深1.5 m，炮孔垂直于边墙向下倾斜15°～20°。图1为TSP深度偏移图。
根据TSP探测成果可知，在ZK108+488附近，深度偏移图中P波反射较S波弱，且S波负反射能量较正反射强;速度图中P波处于高速区，S波处于低速区;反射层提取图中S波出现较明显负反射面;岩性图中S波曲线明显下降，纵横波波速比VP/VS和泊松比δ显著增大，岩体密度ρ和动态杨氏模量E.Dyn明显下降;因此，可推断此处岩体内节理裂隙发育且含较多裂隙水。
图1 深度偏移图
4 实际开挖结果验证
当隧道施工至ZK108+488时，掌子面节理裂隙发育，拱部呈破碎状，掌子面出现大面积淋水，且拱顶中部有两股状出水点，两个出水点相距约1.5 m。掌子面涌水情况如图2所示。
图2 掌子面涌水图
通过开挖结果验证比较，TSP超前地质预报对ZK108+488处涌水预报基本准确，对隧道的安全施工起到了指导作用。
5 结语
1)TSP对与隧道轴线近垂直的不连续体界面探测结果比较可靠，而在不连续体界面与隧道轴线斜交的情况下，探测结果存在一种不确定的(或远或近)误差。
2)TSP不仅可以准确可靠的探测节理、裂隙、断层破碎带等不良地质体的位置，还可以准确的探测裂隙水的赋存情况。
3)本次TSP超前地质预报对基岩裂隙水的探测结果基本准确，通过超前地质预报，能及时掌握掌子面前方的地质情况，为隧道施工和及时调整支护参数提供依据，有效地控制和避免地质灾害的发生。
［1］肖书安，吴世林.复杂地质条件下的隧道地质超前探测技术［J］.工程地球物理学报，2004，1(2):159-164.
［2］王洪勇.综合超前地质预报在圆梁山隧道中的应用［J］.现代隧道技术，2004，41(3):55-56.
［3］钟世航，孙宏志，王 荣，等.隧道掌子面前方地质预报的现状及发展之路［J］.工程地球物理学报，2007，4(3):180-185.
［4］许振浩，李术才，张庆松，等.TSP超前地质预报地震波反射特性研究［J］.地下空间与工程学报，2008，4(4):640-644.
