貴州某隧道利用SSP地震散射剖面技術(shù)結(jié)果精度較高超出預(yù)期 

貴州某隧道用地震散射剖面技術(shù)探測(cè)采空區(qū)

在隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)過程中如何選擇一種省時(shí)高效的測(cè)試手段，是當(dāng)前隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)中一個(gè)值得關(guān)注的問題。那么SSP地震散射剖面技術(shù)就不得不被推到風(fēng)口浪尖上來，小編以同度物探在眾多施工案例中選擇比較典型的貴州畢威高速水塘隧道為例詳細(xì)解說一下，該隧道場(chǎng)地環(huán)境復(fù)雜，但是應(yīng)用SSP地震散射剖面技術(shù)，基本查明場(chǎng)區(qū)既有采空區(qū)與隧道斷面范圍的空間區(qū)位關(guān)系，為該工程施工的安全高效推進(jìn)提供了有力的技術(shù)支持。

1 工程概況及預(yù)報(bào)方法的選擇

貴州省畢威高速水塘隧道為高瓦斯隧道，其中出口端地表邊坡坡度大，橫向起伏變化劇烈，在隧道施工范圍內(nèi)既有采空區(qū)多處，分布錯(cuò)綜復(fù)雜。施工中多處遇到高瓦斯地層、采空區(qū)、洞身斷層破碎帶及涌突水等現(xiàn)象，區(qū)域地質(zhì)條件復(fù)雜，施工難度大。因此，水塘隧道出口端超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作的重點(diǎn)就集中在探明采空區(qū)與隧道的空間區(qū)位關(guān)系，進(jìn)而對(duì)潛在的施工中瓦斯聚集突出、涌水、涌泥等問題提出推測(cè)結(jié)論。

由于本隧道施工過程中，隧道內(nèi)瓦斯?jié)舛容^高，在洞內(nèi)大規(guī)模進(jìn)行電磁法（諸如瞬變電磁法、地質(zhì)雷達(dá)法等）進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報(bào)存在一定的安全隱患；加之受施工方案控制，二次襯砌至掌子面距離保持在50米以內(nèi)，沒有足夠的空間與距離進(jìn)行相關(guān)彈性波法（諸如TSP法、TST法等）的測(cè)試。況且，傳統(tǒng)地震反射、折射、面波等勘探方法都不能適應(yīng)該隧道地表地形變化大、地質(zhì)結(jié)構(gòu)橫向不連續(xù)的場(chǎng)合。因此，本隧道出口端超前地質(zhì)預(yù)報(bào)測(cè)試工作，不宜主要在隧道內(nèi)開展。

SSP地震散射剖面技術(shù)是近年發(fā)展起來新的觀測(cè)與資料處理方法，其以波動(dòng)傳播的逆散射成像技術(shù)為基礎(chǔ)，當(dāng)?shù)卣鸩ㄈ肷涞讲ㄗ杩棺兓漠惓ｓw時(shí)，異常體作為新的被動(dòng)震源向周圍介質(zhì)散射能量。根據(jù)觀測(cè)到的散射波的運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)記錄確定異常體的位置、形狀與力學(xué)性狀。該技術(shù)是適合山區(qū)復(fù)雜地質(zhì)條件的淺層地震剖面技術(shù)，它可同時(shí)確定巖土介質(zhì)的波速分布和巖土界面的位置與形態(tài)，可展現(xiàn)垂直剖面內(nèi)巖、土介質(zhì)波速的分布、巖土界面深度與形態(tài)，結(jié)果圖像直觀、分辨率高。實(shí)際應(yīng)用中，該技術(shù)曾在汶川地震災(zāi)區(qū)邊坡勘察中已取得了很好的效果。

圖2-1 SSP測(cè)試系統(tǒng)組成圖

SSP地震散射剖面技術(shù)的觀測(cè)布置是根據(jù)波速分析和二維視速度濾波的要求設(shè)計(jì)的，是一個(gè)空間觀測(cè)系統(tǒng)。該方法在地表布置地震觀測(cè)剖面，激發(fā)點(diǎn)（炮點(diǎn)）距一般取6-8m，接收點(diǎn)距2-4m。實(shí)際觀測(cè)中使用12-24道地震儀，檢波器埋入深度20-50cm（見圖2-2），本次測(cè)試采用錘擊激震。

圖2-2 SSP地震散射剖面技術(shù)測(cè)試示意圖

貴州某隧道用地震散射剖面技術(shù)探測(cè)采空區(qū)

 SSP技術(shù)的工程應(yīng)用實(shí)例及結(jié)果分析

2.1 測(cè)試測(cè)線的布置

本次觀測(cè)共布置測(cè)線7條，形成3個(gè)橫剖面，2個(gè)縱剖面。各剖面位置見示意圖3-1；

圖3-1 水塘隧道出口邊坡勘測(cè)布置示意圖

各測(cè)線的位置與參數(shù)如下表3-1。

2.2 測(cè)試結(jié)果成像

數(shù)據(jù)后處理采用北京同度工程物探技術(shù)有限公司TD-SlopeCT軟件系統(tǒng)。資料的后處理過程主要包括：地震記錄數(shù)據(jù)錄入、地震記錄選取、地震數(shù)據(jù)預(yù)處理、觀測(cè)系統(tǒng)高程修正等、波場(chǎng)方向?yàn)V波、圍巖波速分析、地質(zhì)體偏移成像、剖面三維拼接、綜合地質(zhì)解釋等工作。詳見下圖3-3。

圖3-3 SSP測(cè)試結(jié)果三維拼接成果圖

2.3 測(cè)試地質(zhì)解釋及開挖驗(yàn)證

本次測(cè)試共完成5個(gè)剖面， 3個(gè)橫向剖面，2個(gè)縱向剖面。其中P1-P2剖面、P6-P7剖面均是由兩個(gè)測(cè)線組合而成。由于受場(chǎng)地條件限制，右線主軸線P5測(cè)線并未能涵蓋本次右線探測(cè)范圍。在5條測(cè)線成果偏移圖中，連續(xù)的紅線表示連續(xù)性較好的完整、變硬的巖體界面，藍(lán)色表示相對(duì)變軟的巖體界面，紅藍(lán)相間、斷續(xù)變化的區(qū)域?yàn)樽兓^大的松散破碎帶、采空區(qū)及采空區(qū)塌陷等；完整性較好的巖體偏移圖中條帶的連續(xù)較好。具體地質(zhì)解釋及開挖驗(yàn)證結(jié)果見下表3-2：

地質(zhì)解釋及開挖驗(yàn)證對(duì)比

測(cè)線p1-p2地質(zhì)解釋

該剖面存在三層低速帶，沿縱向呈向斜產(chǎn)出，推測(cè)為煤層位置。ZK108+728～ZK108+748段，隧道掌子面范圍穿越煤層，ZK108+748～ZK108+798段，隧道頂板至上方部位穿越煤層或采空破碎區(qū)。ZK108+798～ZK108+818隧道掌子面范圍穿越煤層且穿越采空區(qū)或下伏采空區(qū)特征較為明顯。ZK108+818～ZK108+828段總體地質(zhì)情況相對(duì)較好，結(jié)合P6-P7測(cè)線結(jié)果，僅在ZK108+828附近存在自右線延伸采空區(qū)橫切左線隧道，推斷為采空區(qū)塌陷，該不良地質(zhì)體距左線隧道頂板較近。

測(cè)線p1-p2開挖驗(yàn)證結(jié)果

煤層分布特征與勘察文件中關(guān)于場(chǎng)區(qū)煤層的構(gòu)造類似，基本準(zhǔn)確；ZK108+728～ZK108+748段，煤層數(shù)大于3層，預(yù)報(bào)基本準(zhǔn)確；ZK108+758～ZK108+788段，拱頂部位開挖揭露為煤渣狀，為采空塌陷區(qū)，預(yù)報(bào)基本準(zhǔn)確；ZK108+797～ZK108+800段隧道范圍內(nèi)穿越采空區(qū)，預(yù)報(bào)準(zhǔn)確；ZK108+827～ZK108+832段，隧道變形大，結(jié)構(gòu)失穩(wěn)形成冒頂，預(yù)報(bào)基本準(zhǔn)確；

p3地質(zhì)解釋

P3測(cè)線未能發(fā)現(xiàn)明顯地質(zhì)異常。但地層淺層分布特征明顯，表現(xiàn)為高程1980～1990處存在一結(jié)構(gòu)面，推測(cè)為滑坡堆積體交界面。

p3開挖驗(yàn)證結(jié)果

未開挖至該處，未驗(yàn)證；

p4地質(zhì)解釋

YK108+798處隧道右斜上方（高程1940～1950，與隧道橫向距離約6m）處，分布明顯低速區(qū)，采空區(qū)的可能；該斷面下方為一軟弱破碎帶（推測(cè)為煤層），與隧道底板距離較近（約5m）。

p4開挖驗(yàn)證結(jié)果

YK108+814～YK108+818，形成冒頂，涌水量大，預(yù)報(bào)基本準(zhǔn)確；向下超前鉆探結(jié)果顯示，YK108+798處存在煤層，預(yù)報(bào)基本準(zhǔn)確；

p5地質(zhì)解釋

YK108+818～YK108+858段，該段隧道頂板上方存在既有采空區(qū)、軟弱層，其中YZK108+818～YK108+838段隧道穿越煤層軟弱區(qū)。

p5開挖驗(yàn)證結(jié)果

YK108+818～YK108+858段，掌子面范圍內(nèi)發(fā)育煤層，大角度超前鉆探驗(yàn)證拱頂上方存在采空區(qū)，預(yù)報(bào)基本準(zhǔn)確；YK108+814～YK108+818，形成冒頂，涌水量大，預(yù)報(bào)基本準(zhǔn)確；

p6-p7地質(zhì)解釋

ZK108+832處穿越采空區(qū)等軟弱區(qū)域，YK108+873處隧道影響范圍內(nèi)，未發(fā)現(xiàn)明顯地質(zhì)異常體。

p6-p7開挖驗(yàn)證結(jié)果

ZK108+827～ZK108+832段，拱頂處見煤渣，結(jié)構(gòu)失穩(wěn)形成冒頂，預(yù)報(bào)基本準(zhǔn)確；

通過利用SSP地震散射剖面技術(shù)在復(fù)雜地形地質(zhì)環(huán)境下的實(shí)例應(yīng)用，及其測(cè)試結(jié)果與實(shí)際開挖驗(yàn)證結(jié)果的對(duì)比可以看出，SSP地震散射剖面技術(shù)基本查明了水塘隧道出口端地質(zhì)情況，基本探明了采空區(qū)與隧道的空間位置關(guān)系，對(duì)潛在的施工中瓦斯聚集突出、涌水、涌泥等問題提出了推測(cè)結(jié)論。測(cè)試結(jié)果精度較高，可以達(dá)到指導(dǎo)隧道施工的要求。