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TGP206与TSP200进行隧道地质超前预报的对比分析
关于应用TGP206与TSP200进行隧道地质超前预报的对比分析

    2008年6月,在京西门头沟梨园岭隧道采用我所研制的TGP206与瑞士安伯格公司生产的TSP200(TSP203的改进型)在同一隧道同一地点进行了试验对比。

目 录

一、工程概况与本次试验目的

二、探测方法原理及设备

三、测线布置

四、预报成果图和成果表

五、隧道预报的推断结论

六、对比试验总结

一、工程概况与本次试验目的

1、工程概况

    京西门头沟双大路第一标段的黎园岭隧道是公路隧道。隧道全长713米,隧道进口标高990米,出口标高1020米,沿隧道轴线的山体地形最大标高为1135米。隧道建筑净宽9.0米,限高5.0米,隧道轴线走向约北东75°。

    隧道工程地质和水文地质条件如下:

○1 隧道岩性为灰岩、砂岩和页岩,在K6+640至K7+100段的隧道顶板高程以上30多米的灰岩中有4处岩溶溶洞,规模不大,洞内无水、无泥质充填。

○2 隧道区的地质构造条件,隧道位于沿河城断裂和与沿河城断裂近乎平行的两条断裂之间,两条断裂为压扭性断裂,隧道距离沿河城断裂200多米。沿河城断裂在黎园岭附近的走向60°,倾向南东,倾角73°。隧道围岩岩层走向55~80°,倾向145~170°,倾角25~55°;隧道围岩发育两组节理裂隙:第一组走向50~70°,倾向320~340°,倾角50~60°;第二组走向340~350°,倾向250~260°,倾角75~85°。隧道轴线走向与第二组节理裂隙的走向近正交;与岩层层面和第一组节理裂隙的走向夹角小于25°。

○3 隧道出口段进入页岩,页岩长度约250米,有的页岩中含有碳化的有机质,隧道附近岩体中存在煤系地层和废弃煤巷,页岩段施工注意瓦斯气体存在的可能性,和注意季节降水期间因废弃煤巷滞水,以裂隙渗水对隧道施工的影响。

2、试验目的

    借助中冶建筑勘察院使用TSP200在黎园岭隧道预报的机会,应关心隧道地震波预报技术专家们的要求,我们携带TGP206也参加了黎园岭隧道的预报工作。大家促成了一次使用进口设备和国产设备就一个隧道的同里程段进行预报的机会。

    这次试验是很有意义的,大家为了客观、科学地探索隧道地震波技术的目的聚在一起。石家庄铁道学院的刘志刚先生参加组织了本次试验,参加本次预报工作的单位还有:长安大学、中南大学、中冶建筑勘察院等。

    现场预报工作中同时采用瑞士进口的TSP200型设备和国产TGP206设备,试验中严格按照三同条件,即在同里程布置接收装置(上下错开0.5米)、利用同一批激发炮作为震源、共同采集地震波对隧道同里程进行预报。试验于2008年 6月15日完成现场数据采集。

    几年以来许多专家对地震波超前预报中使用的设备各论短长,给我的印象是空谈评论者居多。因为迄今为止,我尚未见到就一个隧道的共同段,采用不同厂家的设备共同预报的对比资料。用不同工程、不同设备和所谓的“效果”评论,在目前隧道施工地质工作薄弱的现实条件下,缺乏量化的过硬资料。所以人云亦云、先入为主等现象出现,其中不乏夹杂着市场化条件下的浮躁。

    2006年我提出隧道预报应以预报地质灾害条件为主的观点,并质疑以“速度参数法”变更隧道围岩类别的做法。那个时段的预报报告和有的论文,他们把 “岩体是不均质、不连续和具有各向异性”的地质基本知识撇在脑后,以“速度参数”对勘察报告中围岩的类别行使一票否决。预报“神”啦!这种现象不得不引起专业技术人员的思索。铁道部在【2007】102号“关于印发加强铁路隧道工程安全工作的若干意见的通知”中,针对隧道事故屡屡发生的现状强调加强隧道地质超前预报,文件中有这样一句话:“对超前地质预报成果及数据的真实性负责”,看后感触颇深,可谓一语切中时弊。

二、探测方法原理及设备

1.探测方法原理

    隧道地震波超前预报方法是利用地震波在不均匀、不连续地质体界面产生反射,实现隧道地质超前预报的目的。地震波震源采用小药量炸药在隧道边墙的风钻孔中激发产生,激发炮孔在洞壁一侧沿直线布置,一般采用24个炮孔激发,激发炮点的数量与采集的地震波信息量有关。地震波接收器安置在孔中,采取左右洞壁各布置一个接收器的原则。地震波在岩体中以球面波形式传播,当地震波遇到弹性波阻抗存在差异的界面时,例如断层、岩体破碎带、岩性变化或岩溶发育带等,一部分地震信号反射回来,一部分信号透射进入前方介质继续传播,在传播过程中重演着反射与透射的不断过程,陆续反射回来的地震波信号被仪器设备采集下来。地震反射波信号的旅行时间与距离成正比,与传播速度成反比,因此通过分析各种波型的传播时间、波形特征和强度变化,可以实现预报隧道掌子面前方地质条件的目的。

    隧道地质超前预报工作要贯穿隧道施工的全过程,采取无间断预报资料的隧道施工原则,并在此基础上合理规划每一次预报检测的合理地段,接收装置和激发炮的布置尽量避开在隧道的变径段(例如避让车道段)、避开构造带等岩体明显不均匀的地段。强调连续预报和规划预报,体现着隧道安全施工工序的落实,体现科学务实的预报态度,有利于保证现场地震波采集质量,有利于预报成果质量和准确性的提高。

2.探测仪器

    本次采用的国产设备为TGP206型隧道地质超前预报系统(TGP 即Tunnel Geology Prediction 的英文缩写,以下简称TGP206)。TGP206是专门为隧道及地下工程施工超前地质预报研制开发的技术成果,已经经过国内隧道专家组织的评审,鉴定为具有国际先进技术水平。TGP206隧道超前地质预报系统包括仪器设备、配件和处理软件三部分。

    本次采用的进口设备是TSP200型隧道地质超前预报系统(以下简称TSP200),是TSP203仪器的改进型,由瑞士安伯格公司生产。TSP200隧道预报系统包括仪器设备、配件和处理软件三部分。

3、探测方法

    本节省略一般的探测方法介绍。仅就两种设备在现场采集工作中的不同点叙述如下:

○1 TGP206三分量接收装置采用黄油耦合,定向安置在钻孔的孔底;TSP200的接收装置采用专用铝管安装在钻孔中。

○2 TGP206激发同步信号的拾取采用记时回线炸断的方法;TSP200采用启爆器脉冲触发仪器采集的方式。

强调激发炮要在注水的条件下激发。

三、测线布置

    本次预报测线布置在隧道进口段,检波装置布置在里程K6+713的左右洞壁钻孔中。其中:TGP206的接收孔距离当前隧道底板高1米;TSP200的接收孔距离当前隧道底板高0.5米。掌子面里程为K6+780,激发孔里程为K6+733至K6+767.5,激发孔间距为1.5米,炮孔距离当前隧道底板高1.0米。

四、预报成果图和成果表

    预报成果的验收与其他物探成果、工程检测成果和岩土工程勘察成果验收一样,首先验收基础的“第一手资料”。铁道部文件强调“对超前地质预报成果及数据的真实性负责”,也体现基础资料的重要性,所以撰写过程增加原始资料验收一节。通篇文章力求以现场第一手资料、以具体的成果资料和对资料的具体分析为内容。力求避免“假、大、空”,从实处入手,交待一些实实在在存在的问题,供大家思考与评论。

1、对预报原始地震波记录的检查

    我曾经多次问过对预报原始记录检查的问题,和如何采取措施现场提高原始记录质量的问题,因为我发现该问题存在被忽略的现象。现场原始三分量地震波记录的质量是数据处理和获得高质量预报成果的基础。对原始三分量地震波记录质量的检查,主要从以下4个方面进行:

○1 有效地震波是否具有高信噪比;

○2 三分量接收器采集的纵波与横波是否清晰和具有良好的分离特征;

○3 原始地震波采集的触发时间误差;

○4 原始记录中干扰波的分布与类型。

图(1)为TGP206在黎园岭隧道预报中采集的原始三分量地震波记录图,左半图为同侧记录(与炮孔),右半图为对侧记录。

图(2)为TSP200在黎园岭隧道预报中采集的原始三分量地震波记录图,左半图为同侧记录(与炮孔),右半图为对侧记录。

针对图(1)TGP206原始记录和图(2)TSP200原始记录,对照以上四条验收,首先明显地看到:

图(2)TSP200的地震波记录下部有较强的波形,自左至右出现的时间为60ms~160ms,呈现出340米/秒的传播速度特征,在我撰写的论文中称为“管道波”。由图可以看出:TSP200的记录中管道波干扰严重、记录信噪比低;TGP206的记录无管道波干扰、记录的信噪比高。如果对管道波有正确地认识,经过去伪存真的分析,不使用管道波的干扰段数据,可采取牺牲预报距离来换取预报段资料的可靠。因为管道波干扰影响有效波记录的时间长度,以图(2)为例说明如下:

管道波的最早出现时间是60ms、最长的出现时间是160ms。TSP200采集记录长度为450ms,去除管道波干扰段以后可使用的记录长度为100ms,以纵波速度Vp=3500m/s、横波速度Vs=1800m/s计算,纵波Vp的有效预报距离不大于140米,横波Vs的有效预报距离在65米左右。

图(3)是将TSP200的横波记录去除管道波后处理获得的偏移归位成果图,图中后半部分无偏移成果的图像。

    如果对管道波不认识、不处理,直接利用,将会获得图(4)的偏移成果。不少人问我:为什么TSP203横波偏移图的中尾部偏移异常?对照图(3)和图(4)可以看到图(4)里程的850以后,全部为干扰波造成的假偏移图象。如果对假的图像没有正确地认识,并用来进行预报的推断解释,会是什么结果?而图(3)是去除干扰波以后的成果,成果图中凸现了有效波反射面,有利于反射面的确定,只是预报距离缩短了。TGP206处理系统具有处理TSP203数据的功能,才使我们得以发现问题、认识问题和研究解决问题的办法。现场采集过程中有的干扰可以避免,而有的干扰则无法避免,有的干扰采取措施可以压制,采集高质量记录是现场工作的主题。存在干扰波是客观现实,处理系统应该具有相应的处理功能。TGP206处理系统对于干扰波具有多种处理功能;TSP203和TSP200的处理系统对此缺乏了解,上面的问题进入下一个处理流程,得到图(5)。这种图件在预报报告和有关预报的文章中经常看到。 图(5)上部为7条曲线格,下部为地质推断图。第一条曲线格为速度曲线:上面一对黑线与绿线表示左右洞壁的纵波;下面一对黑线与绿线表示左右洞壁的横波。其余条格分别为:纵、横波速度比曲线;泊松比曲线;密度曲线;体积模量曲线;动态杨氏模量曲线;静态杨氏模量曲线。6个条格中的曲线皆由纵、横波速度数值计算而来。至此我们不禁要问:用作计算的基本数值存在问题,由此而衍生的计算值的准确性从何而言?图(5)中的地质推断图也是由纵波Vp、横波SH和横波SV综合制作而成,自然图中后半部分的准确性也不能说没有问题。至于有些表格中物理量的合理性暂且不谈。

    由以上叙述不难看出:预报设备首先要保证现场采集地震波记录的质量;处理系统要具有去除干扰波的可靠功能;使用者要重视原始记录检查,学习地震波记录质量检查的知识。不要过分相信处理的自动性和依赖程序处理的流程化。那种只要最终成果图,而不注重中间过程检查的做法是不可取的。

2、检查地震波传播记录的触发时间误差

    TGP206和 TSP203、TSP200现场采集时,采用不同的触发方式。过去只是理论上探讨两种触发方式对记录地震波传播时间的准确性,本次通过对比试验获得具体数据。两种仪器采集的地震波记录分别见图(6)TSP200原始记录和图(7)TGP206原始记录。在原始记录上通过读取地震波的初至时间,整理成表(1)两种仪器的地震初至波传播时间表。

表(1)两种仪器地震波传播时间对照表

道序号

1

5

10

15

20

24

TGP206

4.4

6.3

8.55

10.6

12.2

13.8

TSP200

6.438

7.813

9.625

11.313

13.5

15.313

时间差

2.038

1.513

1.075

0.713

1.3

1.513

    TGP206的同步触发采用回路记时线炸断的方式,在信号线与药卷扎紧条件下,一般震源激震和触发信号同步,不存在触发误差。TSP203和TSP200 的同步触发采用脉冲触发方式,一般情况下震源激震迟后于触发脉冲,误差值与雷管的延迟时间和触发电压有关。由表(1)两种仪器地震波传播时间对照可以看出:对应地震道的地震初至波时间,TSP200比TGP206的时间值大。这是由于脉冲先触发仪器开始记录,而雷管延迟爆炸造成的。传播时间误差的范围值在0.713~2.038ms,平均误差值为1.359ms。一般不同批号的电雷管延迟时间不同。该时间误差以纵波速度采用3500m/s计算,预报位置的误差为2.4米。该误差范围本来是允许的,如果应用中对同一批号的电雷管测量其延迟时间进行计算校正,误差还可以减少。问题是在预报文字中经常见到“1米精度”的字样。我建议采取科学的态度为好,免得让人家笑话。或许要问TGP206是否没有误差?回答:“肯定有误差”。因为造成预报误差的原因是多方面的,记录地震波时间的精度仅是其中的一个原因。

3、对预报成果图的认识和应用

○1 相关偏移归位图

    TGP206和TSP203、TSP200的预报成果图均有偏移归位成果图。相关偏移归位的处理原则是基于隧道地震波观测装置的布置方向与探查界面不平行、并且为大角度相交的关系,因此在界面上的反射段长度很短,处理中采用等效点状的绕射波归位方法具有合理性。

    偏移图形在足够宽度内形似月牙状,由于成果图尺寸的关系往往呈现出半月牙图形。半月牙图形的颜色用不同色差表示,利用色差浓度的强势部位来寻求反射段(点)的位置。

    半月牙图形色差浓度的强点位置若在成果图的洞壁一侧,表示反射段(点)与接收检波点的连线与隧道近于平行(即反射面与隧道近于正交),如果半月牙图形色差浓度的强点位置偏离洞壁,表示反射段(点)与接收检波点的连线与隧道轴线张角的增大(即反射面与隧道由正交向小于90°变化)。半月牙图形色差浓度的强点位置表示反射段(点)的位置,由强点位置作月牙弧形的切线与隧道轴线相交,交点表示反射面在隧道的位置,切线表示反射面(例如:地质构造面、结构面或岩溶发育的洞壁)与隧道的夹角关系。

    相关偏移归位图由两种类型的波(纵波与横波),经过处理获得。分别是:纵波Vp全断面偏移图;横波Vsh全断面偏移图;横波Vsv全断面偏移图。纵波偏移成果和横波偏移成果对于同位置段地质界面的表现,与地质界面附近岩体介质的物性有关。由左右洞壁偏移成果合成的图件,分别侧重反映隧道左半边与右半边岩体内的地质信息。黎园岭隧道预报时激发炮在隧道的左洞壁,其偏移结果在图的下半部分,上半部分为右半洞成果。

图(8)、图(9)、和图(10)是TGP206的成果,分别为:纵波Vp全断面偏移图;横波Vsh全断面偏移图;横波Vsv全断面偏移图。

图(11)和图(12)是TSP200的成果,分别为:纵波Vp全断面偏移图和偏移的切线图。

    相关偏移归位成果表征反射面与隧道的夹角关系,其外切线表征反射面及延展到隧道围岩的里程位置。

○2TGPWin的偏移处理功能

    我们开发的TGPWin地震波预报处理系统有两个版本,一套版本为我所生产的TGP206和TGP12仪器配备,另一个版本具有处理其他厂家(国内外)地震预报数据的功能。由于在黎园岭隧道获得两种型号仪器采集的数据和成果,所以为对照分析创造了条件。下文所列三张图分别是:TGP206成果和TGPWin版本处理的TSP200成果对照;TSP200成果与TGPWin版本处理的TSP200成果对照;TGP206成果和TSP200成果对照。

图(13)是TGPWin版本处理的TSP数据结果与TGP206成果对照:上半图为TSP200的结果、下半图为TGP206的结果。沿隧道里程对照,图中在:800~810、825~840、860、880和900段,两种偏移成果图在形态、位置和反射波极性方面的特征基本相同。不同之处为:在835~840里程段,TSP200偏移图的上半部分色差略17 米;TSP200预报距离为150米。 in版本处理的TSP数据结果 对照淡一些,但二者在位置和反射波极性方面相同;在900和920里程段,TSP200偏移图表现为多细条的组合(在此里程以后出现,分析受高频干扰信号的影响有关),TGP206表现为宽条带,但二者在位置、宽度和反射波极性方面相同。图中TGP206预报距离为200图(14)是TSP200成果与和TGPW,上半图为TSPWin处理结果;下半图为TGPWin处理结果。 图(15)是TSP200结果与TGP206结果的对照,上半图为TSP200处理结果;下半图为TGP206处理结果。两套软件的图形显示模式不一致,沿隧道里程对照其偏移的主要异常部分,可以看出:795~810、825~840、855~860、870、880、900段,两种偏移成果图的形态、位置和反射波极性的特征基本相同。

    通过对照两套仪器系统各自的纵波偏移成果,和对照两套仪器数据共用TGPWin处理的纵波偏移成果,在共同里程段:TSP200和TGP206的隧道预报偏移图像成果,以及TGPWin处理的两套仪器的偏移成果均具有共同的基本一致性。由于TSP200原始记录中存在管道波干扰,因此影响TSP200的预报距离。现场工作中尽量创造条件采集高质量的长记录,因为在确定仪器采样间隔的条件下,记录长度的增加依靠采样点的增加实现,记录长度增加不影响预报精度,本次TGP206获得300米预报资料,见图16。

○3 TGPWin系统的处理地质构造功能

    理论上在同一里程位置、以相同交角围绕隧道轴线旋转的反射面上(锥体的切面)均会形成相同的偏移特征。只有解决锥体上切面的再定位,方可实现对掌子面前方地质体、或地质构造面产状的再定位。获得岩体结构面、构造面的互相切割关系、以及地质体(溶洞或采空巷道等)的方位,对于评价地质条件极为重要。我所TGP206系统利用隧道地震回波的三分量数据计算其极化波,根据极化波的质点振动方向和传播运动方向,得到反射回波的射线方向,进而实现确定反射面空间位置的目的。

    空间定位技术的解决,较大幅度地提高了预报技术的水平。使预报工作在偏移归位成果的基础上:

A、增加了综合地质构造成果的分析新技术,实现对地质构造界面产状(即构造的走向、倾向、和倾角)的预报;

B、增加掌子面前方岩体与激发炮段岩体速度的比较功能,实现对构造破碎带及界面之间岩土介质物性的定性评价;

C、增加构造面上反射段(点)的空间定位功能,实现根据反射段(点)与隧道围岩的分布关系,评价地质构造面或地质病害对隧道围岩的影响程度。

    TGP206隧道地质预报处理系统增加新功能后,弥补了偏移成果判定构造方位的不确定性,为结合区域地质资料和勘查报告进行深入和具体的分析提供了帮助。

图(17)为综合地质构造成果图,表(2)为地质构造与结构的参数表。

表(2)地质构造参数表

由表(2)地质构造参数表分析,可以看出隧道里程由K6+780至K6+980段的200米范围内,共有12条纵、横波反射界面,其中纵、横波各有6条。根据“波相似度”和“反射幅度比”内容,把反射界面分为三类:

A、具有强反射的界面有2条(见表中红色标记者),分别在隧道的K6+828和K6+854里程;

B、具有中等反射的界面有3条(见表中粉红色标记者),分别在隧道的K6+880、K6+915和K6+941里程;

C、具有弱反射的界面有7条(见表中未作标记者),分别在隧道的K6+813、K6+821、K6+856、K6+864、K6+932、K6+955和K6+972里程。上述里程位置的反射界面除K6+880、K6+955和K6+972里程外,其余均为负反射特征,据此推断:负的强反射界面处为断层带;负的中等反射界面处为张性裂隙密集带;负的弱反射界面处为节理裂隙带。表中的地质构造界面与隧道轴线的水平夹角集中在70°~90°,并以陡倾角(大于75°)与隧道相交。

由图(17)综合地质构造成果图看出,以反射界面为界,在K6+780至K6+980段200米范围内,利用估算的岩体速度的比较曲线,200米的预报距离内划分为6个单元,宏观分析其中的:K6+854K6+880段、K6+915K6+941段和K6+941K6+980段三段比速度低,综合考虑K6+941K6+980段反射面少和无横波反射,可以得出“前两段岩体的工程地质和水文地质条件较差”的结论。

五、隧道预报的推断结论

1K6+780K6+828里程段:长度48米。由K6+780~K6+810里程30米长度内隧道围岩基本完整,节理裂隙较发育,但不存在贯穿性裂隙面;在K6+810~K6+828里程的18米长度内,分别在K6+812、 K6+821发育有2条横截隧道的裂隙面。在隧道左洞壁里程K6+828段有一条断层,与隧道约70°相交、高倾角,断层影响带宽度约5米,收两组构造面切割隧道左洞壁和顶部岩体较破碎,施工中需要注意隧道顶部落石和左洞壁塌落。

2、K6+828K6+854里程段:长度26米,隧道围岩基本完整,无地质病害。但是在隧道施工接近K6+854里程时需注意。

3、K6+854K6+880里程段:长度26米,其中在K6+854856K6+863K6+880位置段的纵波与横波均出现较强的反射,推断在上述位置段存在断层、裂隙密集带,存在岩溶及裂隙水的可能。上述位置段的岩体完整性差,注意破碎岩体塌落,渗水段做好防水处理。(勘查资料中该里程段上方存在岩溶,对应纵波与横波出现较强反射,值得注意。)

4、K6+880K6+915里程段:长度35米,在K6+880处为正反射,该段岩体完整,无地质病害。K6+915为负反射界面,推断为小断层或裂隙密集带,岩体破碎带宽度2米,施工中注意掉块。

5、K6+915K6+941里程段:长度26米,在该段岩体的两端和中部位置纵波与横波均具有较强的反射现象,推断在上述位置段存在断层、裂隙溶蚀发育,和存在岩溶裂隙水的可能,施工中注意岩体塌落,岩体破碎带和裂隙溶蚀带做好防水处理。(勘查资料中该里程段上方存在岩溶,对应纵波与横波出现较强反射,值得注意。)

6K6+941K6+980里程段:长度39米,在隧道里程K6+972处有一条小断层,岩体较破碎的宽度3米,施工中注意安全。其他隧道围岩基本完整,无地质病害。

六、对比试验总结

    通过在京西黎园岭隧道里开展的两种仪器的预报对比试验,首先让我们了解到具体的试验成果,同时对于不同仪器的现场工作方法、采集数据的质量、预报处理系统的功能、预报成果图件和如何应用图件进行推断解释的方法等,有了进一步深入的了解。总结一下几点供参考:

1、预报原理和技术

    瑞士安伯格公司生产的TSP203型、TSP200型仪器,和TGP12型和TGP206型仪器,其预报原理和技术是相同的,均采用隧道地震波预报技术,用英语表示为Tunnel Seismic Prediction,缩写为“TSP”技术,有关规程中有的使用“TSP”表述。本来非常明确的事,却出现把“TSP”曲解为某一款仪器的怪现象,交通部在新颁布的“公路工程试验检测机构等级标准”文件中,去掉“TSP”字样,使用“隧道地震波预报技术”。说明需要务实抓好隧道地质超前预报的工作重要性。

2、预报仪器和处理技术

    隧道地震波预报的仪器设备,大范围上讲属于地震波范畴类仪器,仅仅是应用于隧道的全三维环境条件下,需要设备的专业化和需要专门化的处理解释系统。工作中技术专业人员是设备的主人,正确操作、采取合理的措施和采用正确的参数是工作的基础,过分宣传仪器作用和依赖处理系统的自动流程,忽视地质知识和物探等综合技术的做法,是不妥当的。我对于高级精密的地震波仪器不宜采用笔记本电脑组装,曾经发表过观点,请查询国内外生产的高级地震仪器,你会容易明白我的观点。处理技术需要程序系统具有良好的操作界面,具有对于复杂数据处理的功能,同时需要针对存在的问题选择正确处理措施的判断能力。

3、现场数据的采集质量

    由本次试验看到,现场采集数据质量的重要性。本次TSP200 采集的数据与我搜集的数十次TSP203数据比较,属于不错的,表现差一点的方面是:存在管道波干扰,纵、横波的分离稍差,有时差但不是大问题。我强调采集数据的质量问题,因为大多数使用者忽视了,他们习惯于直接使用,这是个大问题。本文再次强调采用金属套管安装检波器是不适宜的,在采集环境下它会产成多种干扰波,可以说是费力费钱不讨好。TGP206采用探头通过黄油直接耦合的方式,对于黄土隧道或者覆盖层中的隧道,建议采用直径大于探头、管长1米左右的塑料管安装探头。有的提问在破碎岩体段TGP206探头是否存在不好安装和取出的问题,回答是肯定的。但是,要明确在岩质隧道中接收孔应该避开破碎带布置的原则,尤其不要造成在接收孔和激发孔之间存在大的构造带、而接收孔又靠近构造带的局面,因为破碎带会造成地震波的明显衰减和过滤地震波的高频成分,影响预报的距离和分辨能力。通过本次在三同条件下对比测量,实际地看到TGP206现场数据的高质量,从一个侧面也反映出:仪器技术性能和设备的优越性。

4、TGPWin处理系统

    TGPWin处理系统的偏移处理功能与其他处理系统相比较,具有生成图像与回波波形对比分析功能,该功能利于分析图像的可靠性。TGPWin处理系统的地质构造综合分析,具有推断地质构造产状的功能,具有提示反射点位置的功能,具有提取反射波极性、反射系数、以及相似性系数的功能,绘制估算的供比较的岩体速度功能,提供地质构造的参数表功能等。处理系统功能强对于推断结论具有较好的帮助作用。TGPWin处理系统中新增加的处理其它地震波预报资料的功能,对于研究预报技术的进步和深入,其作用是明确的。

5、预报距离

    由本次试验可以看出,正常情况下在岩质隧道中采用地震波预报150米至200米的距离是没有问题的。在记录信噪比好的条件下还可以预报更长的距离,理论上预报距离太长,弱的反射容易被忽略掉。现场工作中尽量创造条件采集高质量的长记录,因为在确定仪器采样间隔的条件下,记录长度的增加依靠采样点的增加实现,所以记录长度不影响预报的精度。具有足够信噪比的长记录,可以获得较长距离的资料,提交150米至200米的预报距离以后,剩余的部分资料可以与下一次的预报资料进行对比,我撰写的文章中定义这种方法为“位置相关分析”。该方法对于筛除隧道掌子断面的绕射波干扰有帮助,同时为分析构造的规模提供参考。本次TGP206在Ⅳ级~Ⅴ级围岩条件下获得300米预报成果,说明仪器的技术指标是较好的。

6、两种仪器设备的预报对比

    总结京西黎园岭隧道的预报对比工作,汇总表(3),供大家分析参考。有不清楚的问题欢迎探讨,也希望同行们为了探索预报技术、促进预报技术的进步,多组织类似的对比试验工作,我们会积极提供方便。

表(3)两种仪器设备黎园岭预报对比总结表

对比内容

TGP206

TSP200

采集记录

采样间隔(ms)

0.050ms

0.0625ms

采样点数

8192

7218

采集记录长度(ms)

409.50ms

451.125ms

有效波记录长度(ms)

409.50ms

60-160ms

记录中的干扰波

强管道波干扰

采集P-S波的质量

P-S波分离好

P-S波分离差一些

采集时间误差(ms)

0.7~2.0 (电雷管延时)

处理功能

干扰波处理功能

具有管波等多种干扰波处理

不具有管波处理功能

时差校正功能

成果的可靠性分析

有对比回波反射追踪功能

成果筛选功能

有筛选掌子面绕射波功能

处理国内外预报功能

具有

只处理自己仪器数据

预报成果

Vp偏移成果预报距离

300米

140米

Vsh偏移成果预报距离

300米

60米

Vsv偏移成果预报距离

300米

60米

衰减等反射参数提示

综合地质构造预报距离

提交200米,备用100米

小于60米

成本

设备成本

价格适中

价格高

现场材料成本

300元人民币

7500元人民币


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