浅谈TSP-203超前地质预报

    TSP-203超前地质预报系统是专门为隧道和地下工程超前地质预报研制的、目前世界上该领域较先进的设备，它的预报距离为地质雷达的4～12倍，预报费用为超前水平钻探的1/10-1/20。经施工开挖验证，其预报结果与实际地质情况吻合的较好，对施工具有良好的指导意义。

    1、TSP-203超前地质预报原理

    在隧道掌子面附近边墙一定范围内布置激发孔，通过在孔中人工激发地震波，所产生的地震波以球面波的形式在隧道围岩中传播，当围岩波阻抗发生变化时，一部分地震波将会被反射回来，l另一部分地震波将会继续向前传播。反射的地震波由高精度的接收器所接收并传递到主机形成地震波记录。

对采集的数据利用TSPwin软件进行处理分析，预报隧道掌子面前方的地质情况，如溶洞、软弱岩层、断层、裂隙及富水情况等不良地质体。

    2、TSP-203超前地质预报系统有以下特点

（1）、适用范围广，适用于极软岩至极硬岩的任何地质情况。

（2）、预报距离长，能准确预报开挖面前方100～200m地质情况。

（3）、对洞内施工干扰小，可以在隧道施工间歇进行，即使专门安排此项工作，也不超过40分钟。

（4）、提交资料及时，在现场采集数据的第二天即可提交正式成果报告。可比较准确地判断断层破碎带、软弱夹层及其它不良地质体相对于隧道的空间位置。

    3、洞内数据采集

TSP-203地震波超前地质预报分为洞内数据采集和室内计算机分析处理两大部分。洞内数据采集主要由接收器、数据记录设备以及起爆设备三大部分组成。接收器主要用来接收地震波信号。数据记录设备是将接收器收到的信号放大、模数转换并进行测量过程控制、信号数据记录。起爆设备主要是用来引爆电雷管和炸药。洞内数据采集包括打接收器孔、爆破孔、埋置接收器等、连接接受信号仪器、放炮接收信号等过程。

TSP-203超前地质预报洞内布置接收器孔和爆破孔设在掌子面附近的边墙上。一般情况下，它是由一个接收器孔和24个爆破孔组成，接收器距掌子面大约为55m，最后一个爆破孔距掌子面大约为0.5m。爆破孔间距1.5m，孔深1.5m，孔径19～45mm，孔口距隧底1m，向洞口方向倾斜约10^o，向下倾斜10～20^o；接收器与第一个爆破孔间距20m，接收器孔深2.4m，孔径32～45m，口距隧底1m，向洞口方向倾斜10^o，向下倾斜10～20^o。

    为使接收器与周围岩体很好地耦合以保证采集信号的质量，采集信号前至少12个小时应将一个保护接收器的套管插入孔内，并用含两种特殊的不收缩水泥砂浆使其与周围岩体很好地粘接在一起。每爆破孔装药量10～40g，根据围岩软硬完整破碎程度与距接受器位置的远近而不同。若地质情况特别复杂，有时需要在隧道另一边墙上也布置一个接收器和24个爆破孔，左右边墙所测资料对比分析，得出较为准确的判断结果。

    4、数据处理分析

将现场采集的资料传输至计算机，利用TSPwin软件对其进行处理，TSPwin软件主要由数据库、处理、计算反射界面三部分组成：

数据库：编辑现场采集的数据和定义观测系统；

处理：对原始数据进行放大、能量均衡、滤波等流程的处理；

计算反射界面：在波形处理后，从地震波形记录中拾取纵波波至和横波波至，根据爆炸点与检波器的距离可分别计算各段围岩的纵波速度v_p和横波波速v_s

E_d=ρv_s（3v_p²-4v_s²）/（v_p²- v_s²）。

G_d=ρv_s

μ_d=（v_p²-2v_s²）/2（v_p²-v_s²）

其中，ρ为围岩的密度。

    根据绕射重叠法原理（与常规地震反射资料处理中偏移流程的原理类似）计算反射界面与隧道的相对位置，即与隧道轴线的交角或至掌子面的距离。（高会杨）