一、概況

受********委托，由******************隧道超前地質預報工作。

預報里程為ZK10+891 ～ZK10+761 段。

 本次工作依據的規范：

《鐵路工程物理勘探規范》TB10013—2010

《鐵路工程地質勘察規范》TB10012—2007

《鐵路隧道超前地質預報技術指南》（鐵建設［2008］105號）

《鐵道部建設管理司關于進一步加強鐵路隧道設計施工安全管理工作的通知》（鐵建設［2010］352號）

 二、預報原理

圖1  TSP法 原理圖

       本次測試采用TSP305三維隧道地質超前預報系統。TSP方法屬于多波多分量高分辨率地震反射法。地震波在設計的震源點（通常在隧道的左或右邊墻，大約24個炮點）用小藥量激發產生。當地震波遇到巖石波阻抗差異界面（如斷層、破碎帶和巖性變化等)時，一部分地震信號反射回來，一部分信號透射進入前方介質。反射的地震信號將被高靈敏度的地震檢波器接收。數據通過TSP305軟件處理，便可了解隧道工作面前方不良地質體的性質（軟弱帶、破碎帶、斷層、含水等）和位置及規模。

       通過TSP305軟件處理，可以獲得P波、SH波、SV波的時間剖面、深度偏移剖面、提取的反射層、巖石物理力學參數、各反射層能量大小等成果，以及反射層在探測范圍內的2D或3D空間分布。

三、儀器設備及觀測系統設計

1．TSP305設備主要部件

① 記錄單元：12道，24位A/D轉換，采樣間隔20μs，記錄長度為24K，動態范圍120dB。

②接收器（檢波器）：三分量加速度地震檢波器，靈敏度為1000mV/g，頻率范圍為0.5～5000Hz，共振頻率＞20kHz，橫向靈敏度≤ 5 %，操作溫度-29℃～77℃。

③TSP305軟件：數據采集和處理集于一體。

2．觀測系統設計

       TSP305三維隧道地質超前預報系統觀測系統設計主要包括炮孔設計、接收孔設計。

①、炮孔設計

位置：在左洞隧道的左邊墻。第1個炮孔離同側接收孔為17m，炮孔間距1.5 m。

數量：設計24個，有效激發20炮。

直徑：50mm/孔深1.5m。

布置：垂直隧道軸向，向下傾斜10°～20°（激發時密封炮孔）。

高度：離地面約1m。

②、接收孔設計

位置：在隧道邊墻（面對掌子面），距離掌子面約55.3m。

數量：2個，隧道左右邊墻各一個。

直徑：φ50mm

孔深：2m(切勿超過2m）。

布置：垂直隧道軸向，用錨固劑固結 。

高度：離地面1m。

觀測系統布置圖如下。

四、資料處理

       采集的原始數據，通過TSP305軟件進行處理。該軟件主要處理流程包括：定義觀測習慣→濾波→初至拾取與校正→炮能量均衡→反Q濾波→反射波提取→P、S波分離→速度分析→深度偏移→提取反射層。通過速度分析，可以將反射信號的傳播時間轉換為距離（深度）。處理結果可以用與隧道軸的交角及隧道工作面的距離來確定反射層所對應的地質界面的空間位置，并根據反射波的組合特征及其動力學特征解釋地質體的性質。

對處理成果的分析，根據以下原則進行：

1、反射振幅越高，反射系數和波阻抗的差別越大。

2、正反射振幅表明正的反射系數，也就是剛性巖層；負反射振幅指向軟弱巖層。

3、若S波反射比P波強，則表明巖層飽含水。

4、Vp/Vs較大的增加或泊松比δ突然增大，常常因流體的存在而引起。

5、若Vp下降，則表明裂隙密度或孔隙度增加。

       通過TSP305軟件依次對原始數據進行數據準備、濾波、初至拾取、炮能量均衡、Q因子估算、反射波提取、P-S波分離、速度分析、深度偏移、提取反射層等處理，得到TSP法物理力學參數及反射層位成果圖 。

       處理關鍵步驟與成果圖：圖3-23

圖3 檢波器1(左)2(右) 一X分量數據

圖4 檢波器1(左)2(右) 一Y分量數據

圖5 檢波器1(左)2(右) 一Z分量數據

圖6 檢波器1一頻譜

圖7 檢波器2一頻譜

圖8 檢波器2縱橫波分離后P波

圖9 檢波器2縱橫波分離后SH波

圖10 檢波器2縱橫波分離后SV波

圖11 檢波器1 一P波偏移

圖12 檢波器2 一P波偏移

圖13 檢波器1 一SH波偏移

圖14 檢波器2一SH波偏移

圖15 檢波器1 一SV波偏移

圖16 檢波器2 一SV波偏移

圖17 檢波器1 一P波反射層

圖18 檢波器2一P波反射層

圖19 檢波器1 一SH波反射層

圖20 檢波器2 一SH波反射層

圖21 檢波器1 一SV波反射層

圖22 檢波器2 一SV波反射層

圖23  TSP-305法物理力學參數及反射層位成果圖

五、預報結論：

       本次預報時掌子面里程為：ZK10+891，預報里程范圍為ZK10+891～ZK10+761 （即掌子面前方130m ）。

掌子面開挖情況: 

       現場觀察，掌子面主要為炭質灰巖，中風化，出水，近水平，中薄層，節理裂隙較發育，較破碎，Ⅳ級施工。

       通過對TSP305成果中各物理學參數分析，結合掌子面地質素描及設計資料，預報結論如表1。

             表1 TSP305三維超前地質預報成果表