常用工程勘探法：地震波法

(三)TSP203超前探测适用性

(1)在较完整岩层中有效探测距离可达150m;在深埋岩溶隧道中为100m，对断层破碎带、岩性接触带等平面状不良地质体探测效果较好。对不规则的较小溶洞或岩溶管道(截面小于5m²)探测效果较差或无异常。适应于断层破碎带、岩性接触带等平面状不良地质体及较大断面的溶腔的地质超前探测。

(2)TSP203频谱分析图中反射波主频应明显，且为单峰，当主频多峰或不明显且频谱范围较宽时属干扰较大，为不合格(围岩级别为Ⅱ级时，主频范围应为50～4 000Hz;围岩级别为Ⅲ级时，主频范围应为50～3 000Hz;围岩级别为Ⅳ～Ⅴ级时，主频范围应为50～2 000Hz)。

(3)反射界面提取时，应考虑反射角度的影响，当反射界面线与隧道轴线夹角成小角度时，说明是洞身旁测反射波的反射，用于前方预报可信度不大。当反射界面线与隧道轴线成大角度时，超前探测可信度较大。

(4)TSP203地质超前探测得到的岩体纵、横波速度只是个相对值，其绝对值有时误差很大，故岩体纵、横波速度不能作为判定隧道的围岩级别和围岩变更的依据。

(5)该方法不需要专门的物探人员操作与解译。

(四)TSP203超前探测实例分析

1. 别岩槽隧道DK406+420含水溶腔超前探测

在别岩槽隧道出口掌子面DK406+498里程处向小里程进行超前TSP探测，采集数据经处理后得TSP203超前探测二维成果图，如图6-8所示。

从图6-8可以看出：DK406+425～+406处V_p/V_s及泊松比(δ)出现一个突然的台阶跃升，增加幅度较大，且呈急剧的变化趋势，纵波速度也呈急剧变化的趋势，表明围岩强度由弱到强的变化，同时有密集的正负反射，推断该段为岩溶水强赋存段。探测结论为：DK406+425～+406(19m)推断为岩体破碎夹泥，为含水体异常。施工中到DK406+420时，发生大规模的突水，施工中揭示了DK406+420含水溶腔。

图6-8别岩槽DK406+498 TSP203二维成果图

图6-9TSP203隧道超前探测二维结果图

2. 龙麟宫隧道DK231+796无水溶腔超前探测

在龙麟宫隧道DK231+905掌子面进行TSP203探测，得到TSP203超前探测二维结果图，如图6-9所示。DK231+800～+770段V_p明显降低，DK231+800处V_p/V_s明显降低，且在DK231+797处有一近似垂直的强正反射，因此DK231+800～+770有明显的反射异常体。

在DK231+824掌子面布置了超前探测，如图6-10所示，DK231+800～+784为半充填的大溶洞。施工揭示DK231+796～+700发育半充填的大型溶腔，大部分为空腔，溶腔断面比隧道洞身断面大得多。

图6-10隧道超前探测结果图

3. 别岩槽隧道断层超前探测

在别岩槽隧道DK404+128掌子面进行TSP203超前探测，如图6-11所示，从图中可看出，DK404+235～+255有较强的反射异常(图中检波器在+076即图中的0坐标)。而图6-12中，DK404+248～+264段V_p、V_s均降低且V_p/V_s增加，呈异常反应。

图6-11DK404+128 TSP 203深度偏移剖面

TSP203超前探测主要结论：DK404+142～+208，节理裂隙发育，存在裂隙水;DK404+248～+264，围岩强度相对较低，岩块夹有碎屑和泥，推测为F1断层破碎带;DK404+264～+314，节理、岩溶发育，推测为F1断层的影响带，以上三段围岩均存在渗水、涌水的可能性。

在DK404+225掌子面进行了超前水平钻验证，DK404+225～+240，岩体破碎，卡钻严重;DK404+240～+240，围岩极破碎，卡钻严重，为F1断层破碎带。

图6-12DK404+128 TSP 203 2D成果图

二、掌子面单点反射法

掌子面单点反射法因激发点和接收点布置在掌子面上而得名。20世纪80年代中铁第四勘察设计院应用单点反射法对大瑶山隧道掌子面进行了超前探测。

(一)掌子面单点反射法原理

掌子面单点反射法的原理是建立在弹性波理论的基础上。弹性波一般是以球形扩散形式传播，弹性波的振幅以1/R(R为到震源的距离)形式衰减，弹性波的振幅与频率如图6-13所示。

图6-13弹性波的传播

弹性波的传播形式主要有纵波、横波、面波。弹性波的吸收为：由于摩擦产生热，随着距离的增加，弹性波的振幅以指数形式衰减，弹性波的高频成分要比低频成分衰减快得多。

弹性波在传播中，纵波(P波，亦称压缩波)的质点振动方向与传播方向相同。横波(S波，也称剪切波)的质点振动方向与传播方向垂直，分为SH(水平垂直)、SV(竖直垂直)，如图6-14所示。