隧道地質超前預報系統培訓第1頁/共51頁什么是TSP（TunnelSeismicPrediction）?探測地質災害的預警系統提供工作面前方巖層、巖溶、斷層或破碎帶變化的空間信息確定含水層的位置提供工作面前方巖層的力學參數第2頁/共51頁隧道施工—隱藏風險的高技術現代化的隧道開挖是高度機械化與工業化的生產具備非常先進的技術復雜的后勤保障系統需要高效且連續掘進

隱藏的風險巖層條件地質危險帶

第3頁/共51頁沒有預報系統:潛在的危險埋伏以待隱藏、無法預料的危險:

巖石的非均質條件

斷層帶或破碎帶

巖溶

含水地層

導致下面的問題:

坍塌，塌陷

涌水

增加停工費用 TBM被卡住

人員和設備傷害

影響進度和預算第4頁/共51頁有預報系統:就能夠知道隧道工作面前方存在什么提前了解到潛在的地質危害，并能夠:

及時作好適當的施工計劃和后勤保障措施安排

材料和設備及時準備

對于前方弱質巖層提前予以加固

確保隧道連續向前挖進

減少停工帶來的費用開支第5頁/共51頁幾種地質預報方法比較(200m)TSPGPR（地質雷達）沖擊鉆探取芯鉆探探測范圍是否利用掌子面測量/停工時間測量操作人員評估時間評估人員巖石資料巖石力學特征空間信息第6頁/共51頁幾種地質預報方法成本比較假定:灰巖地層150MPa節理輕微發育沖擊鉆探200米進尺平均費用為87USD/m取芯鉆探200米進尺平均費用為303USD/mGPR

預報200米進尺費用為39USD/m(分4次測量)TSP預報200米進尺費用為30USD/m第7頁/共51頁包括停工時間在內的各種地質預報方法的費用假定:200米沖擊鉆探時間44小時200米取芯鉆探時間240小時D&B停工時間引起的費用為14’500.00USD/24小時.TBM停工時間引起的費用為22’200.00USD/24小時.由于實施預報測量引起的無法預計的停工（時間）增加35%(沒有計算在內)第8頁/共51頁TSP方法Start/Stop:clickinvideowindowExitvideoExternalplayer第9頁/共51頁TSP方法三分量高靈敏度傳感器三分量高靈敏度傳感器震源入射波前反射波前地層/斷層第10頁/共51頁操作時，對施工無妨礙第11頁/共51頁TSP的主要優點預報范圍從100到1000m在TBM和常規開挖兩種情況下都可以應用30分鐘即可以作好準備工作測量時間小于90分鐘操作簡單，對施工過程無妨礙無須利用工作面能確定斷層帶、富水巖層等等的空間位置同其他預報方法相比，成本低廉第12頁/共51頁TSP系統解決方案第13頁/共51頁與計算機連接的一體化記錄單元第14頁/共51頁三分量地震接收單元第15頁/共51頁野外安裝快速、容易Start/Stop:clickinvideowindowExitvideoExternalplayer第16頁/共51頁系統裝配第17頁/共51頁TSPwin系統軟件左側顯示交互式流程作為處理引導在頂部用戶可以設置地震顯示參數底部用偽彩顯示所計算的工作面前方的地震速度中/英文雙語言第18頁/共51頁工程信息和參考坐標系統確定:

工程信息

工作面位置

橫剖面

參考軸

接收器的位置、傾角和方位

炮孔位置第19頁/共51頁2D顯示和巖石力學參數計算掌子面附近和前方的9種不同的巖石力學參數

隧道巖石屬性2D顯示(水平的/垂直的)，反射層的長度以及與隧道軸的交點位置第20頁/共51頁巖石力學參數列表巖石類型選擇第21頁/共51頁交互式的3D探測結果顯示第22頁/共51頁TSPwin:久經考驗的智能化軟件簡單、易用、流程圖作引導處理參數可以根據工程地質情況自動計算可以參照隧道軸向坐標或絕對空間坐標來預報地質情況計算掌子面前方和周圍的巖石力學參數僅僅幾個小時就可以得到總體情況的評估結果最需要這些有用的結果的地方：施工現場!第23頁/共51頁預報的隧道

工程事例來自瑞士日本伊朗德國冰島中國

第24頁/共51頁工程事例1:Gotthard基礎隧道瑞士SanBernadinoFurkaBaseTunnelGotthardRoadtunnelVereinaTunnelGotthardBaseTunnelL?tschbergBaseTunnel第25頁/共51頁工程事例1:Gotthard基礎隧道瑞士第26頁/共51頁工程事例1:Gotthard基礎隧道瑞士NorthAmstegIntermediatepointofattackSedrunintermediatepointofattackFaidoIntermediatepointofattack3000ma.s.l.10002000GotthardBaseTunnellength57kmSouthTBMdriveTBMdrive/conventionaldriveConven-tionaldriveTBMdriveAar-MassifTZMGotthard-MassifPenninicgneisszoneClavanievZoneUrserenCarveraZonePiorabasinTBMdrive/conventionaldrive第27頁/共51頁工程事例1:Gotthard基礎隧道瑞士PioraSynclinePioraExploratoryGalleryAccessGalleryGotthardBaseTunnelPredictedContactZoneLeventinaLucomagnoCrossOver第28頁/共51頁工程事例1:Gotthard基礎隧道瑞士?PIORA向斜探洞探測任務:

確認隧道是否穿過

PIORA向斜

確定“糖狀”白云巖的厚度

確認白云巖層中是否含水第29頁/共51頁工程事例1:Gotthard基礎隧道瑞士常規的短距離TSP探測

掌子面:TM2048Kakirit分界線:TM2114

預報距離：66mDepthMigrationimageCleftzoneGoodrockKakiritboundary第30頁/共51頁工程事例1:Gotthard基礎隧道瑞士TunnelfaceatTM4484KakiritlayerSouthflankPiorasynclineLongrangemorethan1100mDepthMigrationimageVertical2Dresultdisplay長距離TSP探測

隧道掌子面TM4484

與Kakirit區（片麻巖/

Kakirit）的分界線

預報:TM5610

發現:TM5588

與piora向斜的分界線(Kakirit區/三疊系白云巖):

預報:TM5640

發現:TM5606

預報范圍>1100m第31頁/共51頁Gotthard基礎隧道:3D結果顯示

Longrangemorethan1100mTunnelfaceatTM4484SouthflankPiorasyncline第32頁/共51頁Gotthard基礎隧道:3D結果顯示

FinalTunnelfaceatTM5544DepthMigrationimageVertical2DresultdisplayHorizontal2DresultdisplayKakiritzoneSouthflankPiorasynclineDolomiteGneissslide33短距離TSP測量(與長距離測量情況比較)

隧道掌子面TM5544

與Kakirit地質區域的分界線 (片麻巖/Kakirit)

預計:TM5587

發現:TM5588

與piora向斜的分界線 (Kakirit/三疊紀的白云石)

預計:TM5598

發現:TM5606

第33頁/共51頁工程事例2:Vereina隧道,瑞士開挖類型:TBM，7.5m開挖面地質概況: Alpinetectonicmovementwiththrustplanesthatseparatepoortomoderatequalitysedimentaryrocks fromcompetentcrystalline預報目的: duetoconsiderableconvergenceupto32cmbeing experiencedinbrittle,cavingschistdaysbeforea longershutdownazoneofbettergroundwasneeded

toparktheTBM第34頁/共51頁工程事例2:Vereina隧道,瑞士

tunnelfaceatTM3618 40maheadsignificantchangetohigherrockstrengthwaspredictedandconfirmed

rockzoneofstablerockconditionsholdfor120m

第35頁/共51頁工程事例3:Ritto隧道,日本2Devaluationinhorizontal&verticalview

velocitiesdensityYoung‘sModulusRockzonesofreducedstrengthVertical2DresultdisplayHorizontal2Dresultdisplay200mPredictionofzoneofreducedrockstrengthover200maheadoftheface:Geologicalobservationsconfirmedbynecessaryenhancedsteelarchsupportinthesezones3Dview第36頁/共51頁工程事例4:Cheshmeh-Langan供水隧洞,伊朗Typeofexcavation:3.9mopenfacedTBMsGeology:Limestoneformation,partlystronglyfracturedTargetofforecast:highwaterinrushissupposedlyrelatedtowantedinterface,riskyundertakingforupstreamheading

??Boundarynotencounteredtotallength13.8km第37頁/共51頁工程事例4:Cheshmeh-Langan供水隧洞,伊朗gradualdecreaseofrockstrengthfracturezonewidefracturedtransitionzone,characterisesinterfacebetweendifferentlimestoneweakfracturezone,connectedtokarst/cavityphenomena

upstreamTBMcouldsafelyrunwithoutmajorproblems downstreamTBMencounteredpredictedtransitionzonewithminor waterinrush第38頁/共51頁工程事例5:Zuckerberg輸水隧洞,德國Typeofexcavation:3.4mopenfacedTBMGeology:LimestoneformationswithoutanyKarstprognosis第39頁/共51頁工程事例5:Zuckerberg輸水隧洞,德國TSPmeasurement60mbehindTBM,2Dview:TBMstopped inKarst: TM2154:face TM2165:end ofKarstzoneTopViewfacestepwisedropofrockstrengthstartTM2134KarstzonepredictedendTM2165decreasepossiblefromTM2188shotsTBM第40頁/共51頁工程事例5:Zuckerberg輸水隧洞,德國TSPprognosiscomparedwithobservations: endofKarstzonefully confirmed beginningof2.Karst zoneconfirmedslide41第41頁/共51頁工程事例6:Karahnjukar隧道,冰島Totallengthofthetunnelsinvolved:73kmTypeofexcavation:7.3mfullfaceTBMGeology:highvarietySandstone,Conglomerate,Basalt,AndesiteApproximatelocationofTSPmeasurementinrelationtotheoverallproject.Facechainage3,807m第42頁/共51頁facereceiver-facedistance51.6mReceiver1Receiver221shotsà48gexplosive工程事例6:Karahnjukar隧道,冰島GeometryofTSPlayout第43頁/共51頁工程事例6:Karahnjukar隧道,冰島DecreasingrockstrengthIncreasingrockstrengthaccordingtodyn.Young‘sModulus21shotsreceiverLongitudinalview-30%26GPa+30%Dyn.Young‘sModulus第44頁/共51頁21shotsreceiverLongitudinalview376637583745randomlowpersistencejointslowrockstrengthhighpermeabilityrockstrengthjointwithwater(50-100l/s)3708dyke&jointwithwater(50-100l/s)jointjointgoodrockmassconditionocc.randomjointsobse