HSP水平声波剖面法铁路隧道预报技术应用（论文）.pdf

·82· 鉴于铁路隧道工程在勘察设计阶段获取足以进行 细部设计的地质信息存在的困难性，必须在施工阶段 通过超前地质预报对原设计方案、围岩支护参数和施 工方法进行论证和优化。HSP探测技术应运而生，并 在铁路隧道超前地质预报工作中广泛应用。 1　 HSP探测技术概述 1.1　工作原理 HSP探测技术建立在声波理论的基础之上，以不 同地质体间明显的声学特性差异为前提，遵守费马 原理和惠更斯– 菲涅尔原理，据此探查前方岩体的特 征。其实质是将声波激发源、接收器布置在隧道内两 侧边墙接近墙脚位置高度相同的浅孔内，即构成“水 平声波剖面”；在该剖面内人工向岩层内激发一定频 率的高频地震波，当地震波在传输路径上遇到不同介 质界面等波阻抗差异界面时，发生折射和反射现象； 反射波中声波频段的信号被接收器接收，利用时域、 频域分析探测反射波信号，结合隧道施工掌子面地 质调查、地面地质调查等，推测前方岩体的变化情 况，即可能存在的岩性分界、断层、岩体破碎带、软 弱夹层、岩溶等不良地质体及其规模、性质及延伸 情况 [1]。 探测时，在隧道开挖面后方距离约2 m的两侧 边墙角位置等间距（视探测距离大小按1~3 m布 HSP水平声波剖面法铁路隧道预报技术应用 陈建涛 （中国港湾工程有限责任公司，北京　100027） 　　 ［摘　要 ］ HSP水平声波剖面法是隧道超前地质预报物探法的一种。本文通过工程实例对该技术的工作 原理和实际应用进行系统总结，为后续类似工程提供借鉴。 　　 ［关键词 ］ 铁路工程；隧道施工；HSP探测技术；超前地质预报 　　 ［中图分类号］  U 452.1　　　　　 ［文献标志码］  B　　　　 ［文章编号］  1001 -523X （2022 ）02-0082 -03 APPLICATION OF HSP HORIZONTAL ACOUSTIC PROFILE METHOD IN RAILWAY TUNNEL PREDICTION TECHNOLOGY Chen Jian-tao 　　 ［Abstract ］ HSP horizontal acoustic profile method is one of the geophysical methods for tunnel advance geological prediction. This paper systematically summarizes the working principle and practical application of this technology through engineering examples, so as to provide reference for subsequent similar projects. 　　 ［Keywords ］ railway engineering； tunnel construction；HSP detection technology； advance geological prediction 置）各布置一排5~12个测孔，孔深1~1.5 m，下倾 20°~40°，将发射源及检波器分别置于测孔内，声波 激发可采用电火花、炸药或锤击的方式。为防止空气 中的声波干扰，测控内需填充水等耦合剂，孔口封堵 严密 [2]。 1.2　系统组成及特点 1.2.1　系统组成 本隧道采用的是HSP217型超前地质预报仪， 该仪器采用一体机设计，分析软件包括反射谱分析 及反射子波分析软件。A/D转换位数为24 bit，具有 16/24/48独立可控通道，最小采样间隔7.6 μs，具有 无线传输模块，是集仪器、采集及数据处理平台于一 体的一体机（图 1）。仪器携带轻便、操作简单、功 能强大，适用各种复杂测试环境。 触发 检波器 异常区 HSP 主机 采集 软件 反演 成果 主机 T6 T12 T11 T10 T9T8 T7 T5T4T3 T2T1 R3 R6R2 R5 R1 R4 图1　HSP探测法布置示意 探测时，在每侧的边墙上各布设6 个激发点和3个 检波器，在隧道施工边墙一点发射低频地震波信号， 另一点接收声波反射信号。采用时域、频域分析探测 发射波信号。 收稿日期 ：2021–12–22 作者简介 ：陈建涛（1988—），男，陕西宝鸡人，工程师，主要研究 方向为铁路工程、公路工程项目施工管理。 /7说[ 建 筑 技 术 开 发 Engineering and Technology Building Technology Development 第49卷第 2期 2022?18 · 83· 1.2.2　特点 （1）震源和接收检波器位于开挖面之外，占用 施工时间短，对施工干扰小。 （ 2）反射波信号相位与直达波、面波不重叠， 其曲线清晰、信噪比高，频域、时域频差“同相轴” 明显。 （ 3）由于直达波信号和面波信号均呈现双曲线 形态，因此反射波易于识别。 （ 4）探测作业范围不受掌子面开挖扰动带影 响，高频衰减较少，利于探测距离和精度的扩大。 （ 5）经过更新换代，震源可采用锤击方式，节 约了钻孔、装药、爆破的时间。 一发多收布置多通道同步采集，探测效率高； 无线传输系统避免了现场布线；一次测试耗时小于 30 min。 2　工程概况 2.1　概况 赛峨山隧道位于绵泸高铁内江至自贡至泸州线四 川省内江市境内，起讫里程IDK5+114～ IDK5+580，其 上为赛峨山公墓，全长466 m（其中暗挖段430 m）， 为双线合修隧道，最大埋深52 m。 2.2　地层岩性及地质构造 根据勘察设计地质资料揭露，隧道地表上覆第 四系全新统坡洪积层（Q4 dl+pl）松软土，坡残积层 （Q4 dl+el）粉质粘土，下伏侏罗系中统上沙溪庙组 （J 2s）泥岩夹砂岩。 隧道位于新华夏系第三沉降带的四川沉降褶带西 南部，华蓥山大断裂以东，