貴州某隧道利用SSP地震散射剖面技術結果精度較高超出預期 

貴州某隧道用地震散射剖面技術探測采空區

在隧道超前地質預報過程中如何選擇一種省時高效的測試手段，是當前隧道超前地質預報中一個值得關注的問題。那么SSP地震散射剖面技術就不得不被推到風口浪尖上來，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解說一下，該隧道場地環境復雜，但是應用SSP地震散射剖面技術，基本查明場區既有采空區與隧道斷面范圍的空間區位關系，為該工程施工的安全高效推進提供了有力的技術支持。

1 工程概況及預報方法的選擇

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，在隧道施工范圍內既有采空區多處，分布錯綜復雜。施工中多處遇到高瓦斯地層、采空區、洞身斷層破碎帶及涌突水等現象，區域地質條件復雜，施工難度大。因此，水塘隧道出口端超前地質預報工作的重點就集中在探明采空區與隧道的空間區位關系，進而對潛在的施工中瓦斯聚集突出、涌水、涌泥等問題提出推測結論。

由于本隧道施工過程中，隧道內瓦斯濃度較高，在洞內大規模進行電磁法（諸如瞬變電磁法、地質雷達法等）進行超前地質預報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，沒有足夠的空間與距離進行相關彈性波法（諸如TSP法、TST法等）的測試。況且，傳統地震反射、折射、面波等勘探方法都不能適應該隧道地表地形變化大、地質結構橫向不連續的場合。因此，本隧道出口端超前地質預報測試工作，不宜主要在隧道內開展。

SSP地震散射剖面技術是近年發展起來新的觀測與資料處理方法，其以波動傳播的逆散射成像技術為基礎，當地震波入射到波阻抗變化的異常體時，異常體作為新的被動震源向周圍介質散射能量。根據觀測到的散射波的運動學與動力學記錄確定異常體的位置、形狀與力學性狀。該技術是適合山區復雜地質條件的淺層地震剖面技術，它可同時確定巖土介質的波速分布和巖土界面的位置與形態，可展現垂直剖面內巖、土介質波速的分布、巖土界面深度與形態，結果圖像直觀、分辨率高。實際應用中，該技術曾在汶川地震災區邊坡勘察中已取得了很好的效果。

圖2-1 SSP測試系統組成圖

SSP地震散射剖面技術的觀測布置是根據波速分析和二維視速度濾波的要求設計的，是一個空間觀測系統。該方法在地表布置地震觀測剖面，激發點（炮點）距一般取6-8m，接收點距2-4m。實際觀測中使用12-24道地震儀，檢波器埋入深度20-50cm（見圖2-2），本次測試采用錘擊激震。

圖2-2 SSP地震散射剖面技術測試示意圖

貴州某隧道用地震散射剖面技術探測采空區

 SSP技術的工程應用實例及結果分析

2.1 測試測線的布置

本次觀測共布置測線7條，形成3個橫剖面，2個縱剖面。各剖面位置見示意圖3-1；

圖3-1 水塘隧道出口邊坡勘測布置示意圖

各測線的位置與參數如下表3-1。

2.2 測試結果成像

數據后處理采用北京同度工程物探技術有限公司TD-SlopeCT軟件系統。資料的后處理過程主要包括：地震記錄數據錄入、地震記錄選取、地震數據預處理、觀測系統高程修正等、波場方向濾波、圍巖波速分析、地質體偏移成像、剖面三維拼接、綜合地質解釋等工作。詳見下圖3-3。

圖3-3 SSP測試結果三維拼接成果圖

2.3 測試地質解釋及開挖驗證

本次測試共完成5個剖面， 3個橫向剖面，2個縱向剖面。其中P1-P2剖面、P6-P7剖面均是由兩個測線組合而成。由于受場地條件限制，右線主軸線P5測線并未能涵蓋本次右線探測范圍。在5條測線成果偏移圖中，連續的紅線表示連續性較好的完整、變硬的巖體界面，藍色表示相對變軟的巖體界面，紅藍相間、斷續變化的區域為變化較大的松散破碎帶、采空區及采空區塌陷等；完整性較好的巖體偏移圖中條帶的連續較好。具體地質解釋及開挖驗證結果見下表3-2：

地質解釋及開挖驗證對比

測線p1-p2地質解釋

該剖面存在三層低速帶，沿縱向呈向斜產出，推測為煤層位置。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。ZK108+798～ZK108+818隧道掌子面范圍穿越煤層且穿越采空區或下伏采空區特征較為明顯。ZK108+818～ZK108+828段總體地質情況相對較好，結合P6-P7測線結果，僅在ZK108+828附近存在自右線延伸采空區橫切左線隧道，推斷為采空區塌陷，該不良地質體距左線隧道頂板較近。

測線p1-p2開挖驗證結果

煤層分布特征與勘察文件中關于場區煤層的構造類似，基本準確；ZK108+728～ZK108+748段，煤層數大于3層，預報基本準確；ZK108+758～ZK108+788段，拱頂部位開挖揭露為煤渣狀，為采空塌陷區，預報基本準確；ZK108+797～ZK108+800段隧道范圍內穿越采空區，預報準確；ZK108+827～ZK108+832段，隧道變形大，結構失穩形成冒頂，預報基本準確；

p3地質解釋

P3測線未能發現明顯地質異常。但地層淺層分布特征明顯，表現為高程1980～1990處存在一結構面，推測為滑坡堆積體交界面。

p3開挖驗證結果

未開挖至該處，未驗證；

p4地質解釋

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，采空區的可能；該斷面下方為一軟弱破碎帶（推測為煤層），與隧道底板距離較近（約5m）。

p4開挖驗證結果

YK108+814～YK108+818，形成冒頂，涌水量大，預報基本準確；向下超前鉆探結果顯示，YK108+798處存在煤層，預報基本準確；

p5地質解釋

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

p5開挖驗證結果

YK108+818～YK108+858段，掌子面范圍內發育煤層，大角度超前鉆探驗證拱頂上方存在采空區，預報基本準確；YK108+814～YK108+818，形成冒頂，涌水量大，預報基本準確；

p6-p7地質解釋

ZK108+832處穿越采空區等軟弱區域，YK108+873處隧道影響范圍內，未發現明顯地質異常體。

p6-p7開挖驗證結果

ZK108+827～ZK108+832段，拱頂處見煤渣，結構失穩形成冒頂，預報基本準確；

通過利用SSP地震散射剖面技術在復雜地形地質環境下的實例應用，及其測試結果與實際開挖驗證結果的對比可以看出，SSP地震散射剖面技術基本查明了水塘隧道出口端地質情況，基本探明了采空區與隧道的空間位置關系，對潛在的施工中瓦斯聚集突出、涌水、涌泥等問題提出了推測結論。測試結果精度較高，可以達到指導隧道施工的要求。