基于TST法的盾构隧道三维超前预报应用_

今天同度小编分享基于TST法的盾构隧道三维超前预报应用。

某过江通道工程采用超大直径泥水盾构机，管片内径13.3m，外径14.5m，盾构开挖直径15.07m。YK2+60~YK2+460段阶地地貌，局部为坳谷，洞身岩体主要为白垩系浦口组角砾岩、角砾状灰岩、含砾砂岩及古生界石炭系灰岩，岩性接触关系复杂，如图所示。断层发育，断层走向大致与隧道线位大角度相交。灰岩，角砾状灰岩岩溶中等发育，岩溶水具有承压性。

图1隧道纵断图

数据采集

盾构掘进至YK2+268时，开展地震波法超前地质预报探测。本次地震波法观测系统采用三维阵列式观测，分作上下两排，分别布置在7m和2m两高度上。其中首排震源点距最近检波点的偏移距为2m（1环管片宽度），震源点之间的炮间距为8m（4环管片宽度）。检波点位于7m高度平面上，道间距为2m（1环管片宽度）。

从开始进洞起算，至数据采集完成，本次数据采集环节总耗时1小时54分，平均每次数据采集时长约2小时。现场数据采集时，盾构机在执行管片运输、拼装等施工环节。超前地质预报数据采集与掘进机施工并行，二者并没有相互干扰。

数据分析及解释

对采集得到的地震数据按流程进行处理，得到三维偏移图像如图2所示，图中以掘进面中心点为零点，纵轴（X）为相对掘进面距离，以掘进方向为正方向；横轴（Y）为水平距离；垂轴（Z）为高度。结合地质资料的综合分析推断，在YK2+268~YK2+168区间内存在溶蚀裂隙1处，断层破碎带1条。

溶蚀裂隙发育区位于掘进面前方20~30m范围内（YK2+248~ YK2+238）。三维偏移图像中该处反射面较多且能量较强，但尺度不大呈局部包裹态势。且该处围岩波速较低，在2.64~2.88 km/s范围内。

断层破碎带位于掘进面前方85~100m范围内（YK2+183~ YK2+168），三维偏移图像中反射面较多且集中，整体尺度较大，呈层状，该处围岩波速降低，降至2.69~2.73 km/s。

图2 三维地震偏移图像

为深入分析对比，研究预测结果的准确性，综合分析预报里程段的盾构掘进参数和出渣情况。盾构推进速度与总推力，虽然受盾构司机控制，但在一定程度上也可以反映刀盘前方围岩软硬情况。YK2+268~YK2+168区间盾构掘进参数，如图3所示，掘进参数在YK2+248~ YK2+238段和YK2+183~ YK2+168段，出现异常变化。刀盘推力降低但掘进速度显著加快，说明刀盘前方围岩较软，反应该段地质条件较差，岩体破碎与预期相符。

盾构掘进过程中的出渣情况，如图4所示。YK2+268~ YK2+238段渣样，角砾状灰岩碎石为主，粘土块逐渐增多，体现出该段存在岩溶发育。YK2+238~ YK2+183段渣样，以中小石块为主，预筛发现少量大石块，说明该段围岩较完整。YK2+183~ YK2+168段渣样，脱水筛以中粗沙、细沙为主，粉质粘土减少，预筛以中小石块为主，发现少量大石块，展现出该段围岩较软，岩性变化较快，地质情况较复杂。超前地质预报的结果与盾构掘进过程中的出渣情况基本吻合。