超前预报TSP在数据采集时的影响因素分析

童鳇墨堡璺　Ｉ　Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅａｎｄｌｍｆｏｒｍ￣ｉｏｎ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｆ　超前预报ＴＳＰ在数据采集时的影响因素分析　Ａｄｖａｎｃｅｄ　Ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ　ｔｈｅ　Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　Ｆａｃｔｏｒｓ　ｏｆ　ＴＳＰ　ｉｎ　ｔｈｅ　Ｄａｔａ　ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　罗小冬　（陕西铁道工程勘察有限公司物探所，西安７１００００）　ＬＵＯ　Ｘｉａｏ—ｄｏｎｇ　（ＲａｉｌｗａｙＣｏ．Ｌｔｄ．，Ｇｅｏｐｈｙｓｉｃａｌ　Ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ＥｘｐｌｏｒａｔｉｏｎｉｎＳｈａｎｘｉ　ＰｒｏｖｉｎｃｅＸｉ’ａｎ　７１００００，Ｃｈｉｎａ）　【摘　要】为确保隧道施工安全，采用超前地质预报分析隧道掌子面前方围岩情况，为后续施工提供安全建议。论文通　过大量的ＴＳＰ超前地质预报实践，分析、总结在数据采集过程中影响ＴＳＰ预报准确性的因素，并提出了相应的处理措施。　【Ａｂｓｔｒａｃｔｌｉｔ　ｉｓ　ｎｅｅｅｓｓａｒｙ　ｔｏ　ｅｎｓｕｒｅ　ｔｈｅ　ｓａｆｅ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｏｆｔｈｅ　ｔｕｎｎｅ１．Ｔｈｅ　ａｄｖａｎｃｅｄ　ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ　ｆｏｒｅｃａｓｔ　ｉｓ　ｕｓｅｄ　ｔｏ　ａｎａｌｙｚｅ　ｔｈｅ　ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇｒｏｃｋｉｎｔｈｅｆｒｏｎｔｏｆｔｈｅｔｕｎｎｅｌ，ａｎｄｔｈｅ　ｓａｆｅｔｙ　ｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎｓａｒｃｐｒｏｖｉｄｅｄｆｏｒｔｈｅｓｕｂｓｅｑｕｅｎｔｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ．Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｔｈｅ　ａｕｔｈｏｒｓ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ａ　ｌａｒｇｅ　ｎｕｍｂｅｒ　ｏｆＴＳＰ　ａｄｖａｎｃｅｄ　ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ　ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ　ｐｒａｃｔｉｃｅ，ｎａａｌｙｓｉｓ，ｓｕｍｍａｒｉｚｅ　ｈｅｔ　ｄａｔａ　ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｉｎ　ｔｈｅＴＳＰｆｏｒｅｃａｓｔａｃｃｕｒａｃｙｆａｃｔｏｒｓ，ｎｄｐｕｔｆｏｒｗａｒｄｔａｈｅｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｍｅａｓｕｒｅｓ．　【关键词】ＴＳＰ　２０３；影响因素；处理措施；数据处理　【Ｋｅｙｗｏｒｄｓ］ＴＳＰ　２０３；ｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇｆａｃｔｏｒｓ；ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ｍｅａｓｒｕｅｓ；ｔｈｅ　ｄａｔａ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　【中图分类号１Ｐ５５１　【文献标志码】Ｂ　【文章编号】１００７．９４６７（２０１８）０１．０１１３．０４　［ＤＯＩ］１０．１３６１６／ｊ．ｃｎｋｉ．ｇｃｊｓｙｓｊ．２０１８．０１．０３５　１　ＴＳＰ观测系统简介及观测系统布置　１．１系统简介及方法原理　ＴＳＰ超前地质预报观测系统是：在隧道侧壁上通过人工　产生振动，激发的地震信号向不同方向传播，以直达波和反射　１．３工作方法　在经过钻ＴＬ（炮孔和接收孔）、安装接收套管、装填炸药、　仪器安装及测试等流程后，就可进行数据采集。采集时，采用　两个　．１，　三分量检波器同时接收，采集原始数据时，采用爆　炸延迟时间为零的瞬发电雷管（其炸药量多少通过现场围岩　波的形式被接受器接收，此属于多波多分量高分辨率地震反　情况确定）。　射法，该原理是利用弹性波在地质体中产生的反射波信号特征　表１　ＴＳＰ观测系统布置　来对前方围岩进行等级划分。　接收器接收经前方反射回来的弹洼波信号并转换为数字　信号，再通过专业的软件就能将弹性波信号复原，经过一系列　处理流程，就可以推断隧道掌子面前方不良地质体的性质（软　弱带、破碎带、断层、富水等）和二维空间分布。　１．２观测系统布置　观测系统采用“一侧激发一两侧接收”的方式，详细布置　参数见表１。　【作者简介】罗小冬（１９８３～），男，陕西宝鸡人，助理工程师，从事应　用地球物理学研究。　１１３　Ｉ工程建设与设计　『Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ＆ＤｅｓｉｇｎＦｏｒＰｒｏｊｅｃｔ　２影响预报准确性的因素及处理措施　２．１环境噪声的干扰　环境噪音是在数据采集过程中一直存在且不可消除的　　．．．带．．　　．．　带．．　　…　．．１．＊．　　．…　　…　．　…鹅…娲　．１　ｌ　－●　－．ｌ　‘．＿　●　ｔ《　－　●　－　●　－●　－－　■　－　．　１个主要问题，噪声源可能是隧道内的高压风管、水管的噪　ｊ　Ｉ●　ｌ　＿　｝　ｌ●　．１　Ｅ１　－●　‘　－ｒ　：：　‘　ｒ　１　－　音、工程车辆和搅拌机噪音、人为敲打、通风管噪声等。ＴＳＰ数　：　ｌ　－－　●　　‘＇●　：　：　．　ｒ　：‘　：：　●　１．　：：　：ｊ　’－　　『　　１Ｉ　●＿　据采集时，隧道内作业队伍应停止施工以配合采集，对于客观　存在且无法消除的噪音源，应保证数据采集时噪声检测在　錾　。　●　－●　｝　：　－　ｌ・　●－　＇　＿　｝　・：：　　＇Ｉ　＿、　：　－　　ｌ７８ｄＢ以下才能开始数据采集，否则将极大影响数据质量，严　●　ｌ　ｌｌ【　　：　－●　重时导致数据不可使用。　２．２接收器孔及炮子Ｌ的注意要点和处理办法（技术　标准如表１所示）　２．２．１接收器安装要点　接收器安装在套管内，套管必须要和接收器孔壁耦合。安　装套管前务必要将接收器孔内的岩末、残碴以及积水清理干　净，如果没有清理干净，会导致耦合剂在孔底处不能很好的硬　化，造成接收器套管和接收器孔壁耦合不好，导致数据质量差　影响ＴＳＰ探测的准确性，这也是技术标准中要求接收器孔要　上倾５～１０ｏ的原因。　２．２．２炮孔注意要点和处理方法　为了能得到较大的地震波有效能量，将少量的炸药放入　一定深度的炮孔中，并用水封孔，炸药在水中被引爆后，使爆　炸产生的气体进入水中，重复冲击消失，所以，炮孔的技术要　求需向下倾斜１０～２０ｏ。　由于现场钻孔工人水平和工作态度造成炮孔不一定能按　要求角度成孔，甚至出现角度下倾的炮孔，这种情况下可以用　锚固剂代替水封，特别要注意锚固剂封孔必须在水中泡软，并　且必须将泡软的锚固剂送进孔底并完全封住炸药。　下面就水封｝包孑Ｌ和锚匿脐０封炮孔采集的曙始数据进行对比。　∞　址．　　饔　｛｛　Ｉ｝　｝｝　１　ｊ　图１水封炮孑Ｌ数据　１１４　Ｉ　Ｉ　：　－　．　　Ｉ，《　　ｌ＿　『　。　：　ｃ　ｌ　ｌ　－　图２锚固剂封炮孔数据　从图１和图２数据对比可以明显看出，水封炮孔与锚固　剂封孔的数据高频干扰波相对较少。　地震波数据质量好坏的判断原则是：地震波的振幅强弱　随传播距离逐渐变弱，波形无明显畸形，直达波初至时间随距　离增加而增大；虽然采用锚固剂所接收到的数据偶尔出现干　扰波，但这样的干扰波可以在滤波中处理掉，所以在工人钻孔　水平较低等各种特殊情况下可以考虑使用锚固剂，当然最好　是按照技术标准布置炮孔，但在实际施工时工人在钻炮孔时　不能准确控制角度，成孔较差。　２．３炸药、雷管等震源装置要求　炸药用量大小根据围岩等级和隧道埋深等状况，通过试　验确定。根据经验，Ⅳ、Ｖ级岩体破碎的围岩装药量在ｌ００～　２００ｇ之内，极破碎围岩可以加到３００ｇ；Ｉ、ＩＩ级岩体完整围岩　装药量在２Ｏ～５０ｇ之内。围岩岩体完整时可以采用雷管激发，　随着炮孔与接收器的距离增长，可适当增加药量，但在围岩较　好时不能装药太多造成能量溢出，数据无法处理。　雷管必须用同批次瞬发电雷管，不同批次雷管会产生触　发时间不一致现象，如图３。　Ｊ＾　　－　．ｈｍ　ｎ　｜＿　－＇ｉｊ　ｊ：　：｝　零　　图３非同批次雷管爆破数据　智能与信息化ｆ　Ｉｍ￣Ｕｉｇｅｎｃ　ｄｒ　Ｉｍｆｏｒｍ￣ｉｏｎ　ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＩ　采用非同批次雷管激发时，易形成初至延时不一致，初　至拾取困难，对分析解释造成困难，影响结果的准确性。　参数设置采用系统默认的梯形滤波器进行滤波；如果原始数　据质量较差，如图５、图６所示，就需要对滤波参数进行修改，　以达到最大程度地将干扰信号剔除，还原有效信号。　２．４测量采集参数　在测量炮检距、炮孔间距时容易产生测量误差，推荐用皮　尺和激光测距仪配合使用。根据实际情况精确测量，准确记录　炮孔及接收孔位置。　综上所述，在进行ＴＳＰ探测前的准备工作和探测过程中，　必须做到以下几点，才能采集到合格的原始数据，为解译结果　的准确性奠定基础。　１）在采集数据时，洞内停止施工，降低环境噪声；　２）收器孔和炮孔必须处理到对测试结果不产生影响；　３）药用量要控制得当，雷管必须使用同批次瞬发电雷管；　４）精准测量。准确确定炮孔及接收孔位置。　图５信号较差的数据线・陛频谱图　３数据处理　３。１采用的软件　数据处理采用ＴＳＰ２０３ｐｌｕｓ超前地质预报系统配套的处　理软件ＴＳＰｗｉｎ２．１。　３．２处理流程　超前预报数据处理流程如下：　图６接收器与地震波不同步的线性频谱图　信号较差的数据（见图５）通过滤波可以较大程度地恢复　地震波的真振幅，有一定参考价值；接收器与地震波不同步的　数据（见图６），这样的数据基本都是假频信号，参考价值很低。　３．２．２初至拾取　初至拾取，是指通过屏蔽初至时间不规则的地震道使其　３．２．１带通滤波参数设置　线性回归线基本穿过时间轴原点，但特殊情况下也可以不用　穿过零点。其中原因笔者总结为：在严格执行观测系统布置标　准时均可归零，但有时因为隧道开挖时安全步距等原因造成　观测系统中炮孔与接收孔、炮孔与炮孔之间距离不够或者超　距，最终导致拾取初至时直线不能经过时间轴原点。　归零后的初至拾取可以提取到岩体的平均波速，根据波　速换算出来的结构面位置也就更加准确。如果在处理中不能　归零，当数据初至拾取基本在同一直线上时，只需进行筛选拾　图４信号较好的数据线性频谱图　取即可，当数据线初至不在同一直线上时，可能是参数设置错　带通滤波是处理ＴＳＰ数据第一个最主要而且需要多次调　误。需要返回上一步，核对测量参数并重新计算。初至拾取结　果如图７、图８所示。　１１　５　整的步骤，如果采集的数据质量较好，信噪比高（见图４），滤波　ｊ工程建设与设计　ＩＣｏｒ￣ｔｒｕｃｔｉｏｎ＆　坤ｔｂｂｒＰｒｏｊｅｃｔ　．．．＾¨　．．．　．．．　．　确．．，：＾．　．　柏．　．　．　．．　．．　．　．．桷．１‘　．．恃　．幅．０　荆　行解译，合理预测前方地厨情况。　‘　｝ｃ：　矗：　；●－　　・．　、＃　｛ｌ　●：　●　图７按标准布置可归零数据　图１０　２Ｄ成果图　对于ＴＳＰ资料分析总结出如下经验：（１）反射波振幅越　强，表明地质体弹性差异越大；（２）正的反射振幅表明岩石变　硬，负的反射振幅表明岩石变软。如图１１。　ｎ一—　　ｌＩ　图８接收孔与炮孔之间超距未归零数据　一　．．８　…ｊ｛【一—＿＿ｉ　ｒ—　Ｌ—ｉ　３．３　ｐ值估计　使用软件自动计算的ｐ值处理的结果有时与实际开挖出　入较大，所以，ｐ值应根据结果多次调整．特别是在整个观测　系统内掌子面是能看到的反射界面，在经过ｐ值处理后提取　的反射波剖面图和２Ｄ成果图都应能观测到掌子面的反射界　面，如图９、图１０所示。　图１１某次ＴＳＰ预报围岩物性参数变化２Ｄ成果图　图ｌ１是在西安至成都高速铁路某隧道的一次ＴＳＰ２０３　超前地质预报实例，其接收器位置在ＤＫ１６２＋４５２，掌子面位置　为ＤＫ１６２＋３９０，掌子面围岩为：节理较发育，岩体较破碎。根据　图ｌ】中　／　。、泊松比（占）、动态杨氏模量等围岩物性参数２Ｄ　成果图结合掌子面围岩情况得出预报结论如下：　１）在ＤＫ１６２＋３９０￣ＤＫ１６２＋３３２段，长度５８ｍ，该段围岩　平均波速较掌子面后方测试段围岩波速略有降低，泊松比、动　态杨氏模量数值波动较小，局部少量反射界面，判断该段围岩　图９调整Ｑ值后数据　图９第三个反射界面明显而且反射波时间与图１０掌子　面昕在位置相符。　节理较发育，岩体较破碎，围岩稳定『生较掌子面稍差。　２）ＤＫ１６２＋３３２　ＤＫ１６２＋３１７段．长度１５ｍ，该段围岩平均　波速较前一段升高，泊松比、动态杨氏模量数值较稳定；反射　界面较少，判断围岩节理较发育，岩体较破碎，围岩稳定性较　上一段变好。　（下转第ｌ１９页）　３．４分析原则　资料分析原则上综合隧洞地质勘察资料、设计资料、施工　地质资料、反射波分析成果显示图及岩体物理力学参数等进　１１６　智能与信息化Ｉ　ｌｎｔｅＵｉｇｅ　ｅ　ａｎｄｌｎｆｏｒｍ￣ｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ［　息查询、二维码界面等。　效通过闸机。在实际使用中，应考虑避免乘客在同一台闸机上　２）应用服务端主要包括通信管理软件、报表管理软件、数　误刷两次。车站设备端票务处理逻辑由读写器管理，可通过读　据库管理软件及网络管理软件。　写器程序控制，实现同一台闸机不允许连续刷同一支付凭证。　３）接口管理主要包括与地铁清分系统接口、银行接口及　５　结语　第三方支付平台接口。　综上所述，基于二维码支付的ＡＦＣ系统设计方案以系统　４．４车站终端设备技术要求　整体设计为基础，结合终端设备设计以及实现的具体参数指　１）扫码速度　标要求，并充分考虑了系统的安全性，使整个方案具有标准化　ＡＦＣ系统对于乘客通行效率有较高的要求，一般情况下，　程度高、系统设计合理、安全性高的特点。基于自有ＡＰＰ扫码　读写器对于单程票处理速度要求＜２５０ｍｓ，对于储值卡处理速　支付的二维码ＡＦＣ刷卡技术能够满足轨道交通乘客日益增　度＜３００ｍｓ。文章所采用的方案为：闸机只做二维码的身份识　长的移动支付需求，扫码刷卡乘坐轨道交通也将成为一种趋　别，读写器收到二维码识别模块的时间＜￣２５０ｍｓ。　势。洳　２）扫码有效距离　【参考文献】　闸机对于实体票卡刷卡的有效距离一般＞ｔ６ｃｍ，而在实　【１】居易，任利成．手机二维码安全风险对用户的影响研究【Ｊ］．科技情　际使用中，乘客基本会持卡距离读写器约１．５ｃｍ（１个手指　报开发与经济，２０１４（９）：１２０—１２３。　头）。而乘客持手机进行二维码扫码时，考虑到扫码的效率及　【２】王毅．二维条码技术应用及标准化状况介绍［Ｊ］．中国标准化，２００６　便捷，建议扫码模块可识别的距离ｉ＞６ｃｍ。　（５）：２４．２５＋２８．　３）防抖／防误刷要求　●　二维码具备一定的时效性，在规定时间内，二维码均可有　【收稿日期１２０１７．０６．２８　（上接第ｌｌ６页）　标布孔，并确保施工方密切配合数据采集，使采集得到高质量　３）ＤＫ１６２＋３１７￣ＤＫ１６２＋２８０段，长度３７ｍ，该段围岩平均　的原始数据。其次，ＴＳＰ资料解释应和地质资料结合起来，参　波速明显降低，横波反射比纵波强，泊松比突然增大，泊松比、　考相关设计资料进行综合分析。　动态杨氏模量波动强烈；有多组反射界面，判断围岩节理发　以上所述是在现场工作中的一些亲身体会和处理措施，　育，岩体破碎，存在裂隙水较发育情况（实际开挖过程中在　能够有效解决ＴＳＰ超前预报施工和处理数据时遇到的实际问　ＤＫ１６２＋３１６位置出现裂隙水水量较大）。　题，希望能为同行们提供一些参考。　本次预报对于在ＤＫ１６２＋３１７处判断围岩变化和出水情　【参考文献】　况与实际揭示里程ＤＫ１６２＋３ｌ６误差仅ｌｍ，预报效果极为理　【１】吴回获，侯小军，曹小军．提高ＴＳＰ超前地质预报准确性的研究与　想，得到施工单位认可，对安全通过该段隧洞施工起到了良好　对策【Ｊ】．地下空间与工程学报，２ｏ１５（２）：２８４－４９０．　的指导作用。　【２】王树栋，ＴＳＰ系统在隧道超前地质预报中的问题及其改善处理［Ｊ】　．３．５误差分析　现代隧道技术，２０１３（３）：１２９　１３５．　实际地质体具有非均匀性，随着预报距离的加大，地震反　【３】王文勇超前地质预报（ＴｓＰ）在高瓦斯隧道中的应用【Ｊ】．工程技术，　射法分辨率变低，地质异常体的位置和宽度误差变大，同时，由　２０１７。１（９）：４９．５０．　【４】温树林，吴世林．ＴＳＰ２０３在云南元磨高速公路隧道超前地质预报中　于物探的多解性，物探解译的反射界面的产状和位置可能与　的应用［Ｊ】．地球物理学进展，２００３（３）：４６５—４７１．　实际有一定误差。　【５】原小帅，张庆松，许振浩，高阳．ＴＳＰ超前地质预报异常地震波信号　４结语　【Ｊ】．山东大学学报（工学版），２００９（４）：５３—５６．　为提高ＴＳＰ超前地质预报的准确率，应该从数据采集、处　理以及资料解释各步骤严谨处理。首先，严格按照各项技术指　【收稿日期］２０１７　１　１－０９　１１９