TRT6000在隧道超前地质预报中的应用

张雷 高春娥

【摘要】 TRT6000型隧道超前地质预报系统是美国C-Thru Ground工程有限公司生产的一种隧道反射层析扫描成像系统。C-Thru Ground工程有限公司从国家安全局继承了相关资产，进行独立的商业运作，推出了TRT6000型隧道超前地质预报系统，该系统采用锤击做震源，使勘测成本越来越低，操作越来越方便；在软件上，成功实现由2D成像到3D全息成像的跨越，使得勘测结果显示更为准确、全面、直观。

【关键词】 TRT6000，隧道，掌子面，超前地质预报

Abstract The TRT6000 type system for the geological advanced prediction in the tunnel is one kind of seismic reflection tomography system which is produced by C - Thru Ground engineering Co.， LTD . C - Thru Ground engineering Co.， LTD inherited the relevant asset from the national security agency， conducts independent business operation， launched TRT6000 type system. ，this system by using hammering as source， makes survey costs lower， make operating more and more convenient， On software， the successful implementation from2D imaging to 3D holographic imaging across， makes the survey result more accurate， comprehensive and intuitive.

Keywords tunnel， Environmental constraints， Advance geological forecast

1、引言

随着经济的飞速发展，新建隧道工程规模越来越宏大，面临的地质情况更为复杂多变。隧道施工的过程中，防护措施不足将会带来很严重的地质灾害和工程问题，不仅影响安全生产，而且会带来巨大的经济损失，过多防护又会大大加重成本负担，安全事故更是国家一直重点关注的。这促使国家对地下岩土工程地质条件超前预报技术进行深入、廣泛的研究。

TRT6000系统就是专门为隧道隧洞超前地质预报所设计的，它能长距离预报隧道隧洞施工前方的地质变化，如（地层岩性、地质构造、不良地质、地下水的预测预报），其准确预报范围根据围岩级别的不同为前方100-200m左右，为隧道隧洞施工提供可靠的地质资料，对施工安全起到积极作用。

2、TRT6000系统的工作原理

TRT6000型隧道地质超前预报系统探测的基本原理是应用了地震波反射原理。地震波是由特定位置（震源点）进行锤击所产生，布局一般是在距掌子面8-10m左右边墙的位置各布置6个点。地震波由通过8-10磅大锤锤击震源点所产生的。这些震源发出的地震波遇到声学阻抗差异（密度和波速的乘积）界面时，一部分信号被反射回来，一部分信号透射进入前方介质.声学阻抗的变化通常发生在地质岩层界面或岩体内不连续界面（如软弱夹层、破碎地层、煤层、断层、岩溶、人为坑洞、富水地层等不良地质）产生反射波。

地震波反射信号由布置在隧道两边墙各布置4个接收器、拱顶布置2个接收器所接收，并将接收的数据传递给记录单元，由于反射时间与地质界面成正比，反射信号的强度与相应界面的性质、界面产状密切相关。从而通过反射波数据分析系统，得出相关隧道剖面及围岩相关的物理力学参数。

3、TRT6000系统系统组成及技术性能

仪器系统主要由记录单元和接收单元两大部分组成。

记录单元：记录单元的作用是对地质信号记录和信号质量控制，其基本组成为完成地震信号A/ D转换的电子元件和一台电脑（ Panasonic） ，电脑控制记录单元的地震数据记录、储存以及评估. ①11 通道；②24位A/ D 转换； ③采样间隔： 31，64，125，250，500，1000，2000μs ； ④带宽：0.7-3900 Hz ； ⑤记录长度：最长2048mm。

接收单元：接收单元用来接受地质信号，安置在一个特殊的金属固定块中，金属固定块和围岩或初喷混凝土之间采用速硬水泥或锚固剂牢固的结合。接收单元由一个极灵敏的单分量的地震加速度检波器组成，频宽10-10000Hz ，包含了所需的动态范围，能够将地震信号转换成电信号. ①单分量加速度地震检波器； ②灵敏度：1V/ g； ③工作环境温度0～60 ℃

产生地震波的锤击设备：由8-10磅大锤和高灵敏度的触发器组成。

4、TRT6000系统的优势

1）、TRT 6000超前预报使用锤击作为震源，可重复利用、可多次锤击，通过信号叠加，使异常体反射信号更加明显。不需要耗材，而使用炸药爆炸作为震源，每次需要相当费用。

2）、用锤击作为震源克服了爆炸产生的高能量对周围岩体产生挤压、破坏现象，克服爆炸产生地震波时高频信号迅速衰减，从而保证能接收到真实的地震波信号。

3）、TRT 6000采用高精度的传感器，灵敏度高，最大程度地保留了高频信号，提高了精度及探测距离。

4）、传感器和地震波采集、处理器之间采用无线连接，大大简化了装备，携带方便。

5）、TRT6000震源点不需要钻孔，直接锤击边墙岩体或固结的混凝土表面，传感器安装只需要钻直径6-8毫米，深5厘米的孔，测试快捷，方便，从测试准备到数据采集完成只需要1个小时；其它同类仪器需要钻24个1.5米深的炮孔，1-2个2米深的接收孔，准备时间长。

6）、TRT6000接收频率范围为0.7-3900Hz，适应性强，能够在软岩、硬岩、黄土、松散堆积物等多种地质环境里进行的超前地质预其他同类设备如遇黄土、松散泥土结构，无法成孔，从而无法放入炸药。

7）、安全性高，不需要炸药，不需要交流电，在煤层、含瓦斯地层中也可以进行测试。

8）、TRT 6000的传感器布点采用立体布点方式，从而获得真实的三维立体图，TRT 6000还采用了层析扫描的图像处理方式，并可以从多个角度观察缺陷，使得图像更加清晰，易于理解，从而更加轻松地进行缺陷诊断。

9）、TRT 6000能描绘到隧道水平和垂直方向的所有异物。而其他仪器用于描绘几乎垂直于隧道的充满空气或水的裂隙，而且只能描绘靠近的垂直裂隙，不能描绘稍远距离的第二或第三裂隙（尤其是充气裂隙）。对于斜交隧道（由其是大角度斜交隧道）的裂隙可能没有反映。对于所描绘的倾斜裂隙，会低估它们的距离。

5、TRT6000隧道工程实例

5.1工程概况和地质条件

大顶山隧道位于辽宁省本溪市境内，隧道全长6275m，为双线隧道；隧道内最大埋深约263m。隧道内最小埋深约，埋深约23m。隧道范围内丘间沟谷内表层多为第四系上更新统坡洪积（Q3dl+el）粉质粘土、碎石土覆盖，隧道洞身通过地层较为复杂。洞身地层为青白口系南芬组（Qnn）泥灰岩、页岩；青白口系钓鱼台组（Qnd）石英砂岩。

5.2 检测结果

2010年8月29日采用美國生产的TRT6000超前预报系统对大顶山隧道1#斜井进行地质超前预报，。根据现场掌子面的情况，传感器布置在左右边墙及拱顶，震源点布置在左右边墙上。根据现场采集的地震波信号，通过专门的O-RV3D软件进行分析处理，生成三维图像（图形显示隧道中心线左右20米，上下20米的空间范围），对隧道掌子面前方的地质情况预测，得出以下结论：

1、 里程大1斜3+28.2-大1斜2+78.2（长度：50m）该段围岩节理裂隙带很发育、层理构造、含有裂隙水、为裂隙发育带。

2、 里程大1斜2+58.2-大1斜2+28.2（长度：30m）段，该段围岩节理裂隙很发育、裂隙水发育，（大1斜2+48.2-大1斜2+28.2）段有条含水裂隙带（特别是隧道开挖方向的右侧），开挖时容易坍塌、突水和涌泥现象。

5.3地质雷达和施工对检测成果的验证

1）2010年9月17日采用意大利生产的IDS-K2型地质雷达（50MHZ天线）对大顶山隧道1#斜井进行地质超前预报，通过对所采集图像进行分析。（大1斜2+48-大1斜2+28）段电磁波能量成规律性衰减、波形基本均一，推测裂隙水对电磁波强吸收，该段为含水裂隙带。

2）施工过程中，在不良地质发育带提前做好防护措施，给施工提供了指导意见，极大地加快了掘进速度。在跟踪现场反馈的意见中，验证结果如下：

a、里程：大1斜3+29-大1斜2+78段围岩较破碎、呈层理构造，为裂隙发育带。

b、里程：大1斜2+48-大1斜2+28段在隧道开挖方向的右侧有水滴出，呈线状。

6、结论

本次采用TRT6000超前预报系统对掌子面前方的异常地质情况进行了探测和描述，给工程施工提出施工建议。作为当前最先进的地质超前预报检测方法，相比其它长距离探测技术，可以快捷、有效的进行隧道工程的地质预报。在随后的地质雷达、开挖验证过程中，证明TRT6000的探测结果准确可靠性。TRT6000超前预报系统在美国、欧洲、日本、新西兰、澳大利亚等国家获得广阔的市场，在国内我们较早使用这台仪器并且积累了经验，但在不良地质条件较为发育的岩体中，如何准确的辨别岩体的工程类别还有局限性。特别是隧道施工过程中噪音，对检测结果有明显的影响。在发现前方存在不良地质较发育条件下还需采用综合超前地质预报法进行验证。在以后的工作中还需进一步研究，扩宽使用范围。

参 考 文 献

1、 铁路隧道超前地质预报技术指南 铁建设 [2008] 105号

2、 刘志刚等 隧道隧洞施工地质技术 中国铁道出版社

3、 汪成兵等 隧道地质超前预报技术与应用 中国学术期刊网络出版总库

4、 何发量等 隧道地质超前预报 西南交通大学出版社

5、 戴前伟 TSP2203 在隧道超前预报中的应用 地球物理学进展