TRT技术在某高速公路隧道施工地质预报中的应用

周攀峰

摘要：施工地质预报是保证隧道施工安全的重要手段。在隧道施工中，由于勘察设计的局限性和隧道围岩地质条件的复杂多变性，因此难以对复杂的地质情况做出准确的微观把握，往往造成地质勘探资料与实际情况不符，经常遇到岩溶突水、软弱围岩大变形、塌方、沉陷、岩爆、瓦斯突出等地质灾害，导致人身伤亡，工期延误。TRT技术通过获取掌子面前方较长距离内的围岩及地下水赋存情况信息，为隧道施工安全提供预警，其预报成果对业主确定实施设计变更提供了科学依据，提高隧道施工过程中的安全性和经济性。

关键词：TRT；施工地质预报；隧道；层析成像

1. 引言

隧道是一个线状的隐蔽工程，且深埋于地下，其岩体的工程地质、水文地质条件复杂多变。特别是埋藏很深的长隧道，限于目前的地质勘探水平，试图在工程勘察阶段就准确无误地查明其工程岩体的状态、特征，以及可能发生地质灾害的不良地质体的位置、规模和性质是极其困难的，这些问题都必须依靠施工过程中的地质超前预报工作来解决。因此，随着施工安全在施工过程中日益占据主导位置，超前地质预报逐渐在隧道建设中发挥出重要作用，并成为保证安全施工所必不可缺的手段。

隧道地质超前预报由来已久，超前预报的方法主要有隧道地质超前预报系统（ TSP） 、水平声波剖面（ HSP） 法、陆地声纳法、探地雷达（ GPR） 法、超前钻孔法、隧道反射层析扫描成像超前预报技术（Tunnel ReflectionTomography， TRT）等几种。TRT 技术的突出特点是观测方式实现了三维空间观测，机器自动化程度高，软件使用简单，可以不需要炸药爆炸来产生地震信号，费用相对较低，与其它超前预报方法相比，TRT 法界面定位、岩体波速及其类别划分等方面具有较高的精度，可探测隧道工作面前方的不同地质状况，如异常出现的岩体和空洞等，并能斜交隧道（ 尤其是大角度斜交隧道） 裂隙也能很好地反映，特别对于解决含水、破碎岩石构造的超前预报问题起到很好的效果，近年来越来越多地应用于地质超前预报中。

2. TRT技术介绍

2.1 基本原理

TRT技术实际上就是地震波反射层析成像。其基本原理是当地震波遇到声学阻抗差异界面时，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（图 1 ）。反射的地震信号被高灵敏地震信号传感器接收，通过分析，被用来了解隧道工作面前方地质体的性质（软弱带、破碎带、断层、含水等）、位置及规模。

图1 TRT工作原理示意图

2.2 数据采集

TRT 系统需要安装的传感器较多，在不同的部位共安装10 个传感器。在距离最后一个震源点 10 m处开始布置传感器，左右边墙各 4 个，每隔 5 m（里程方向）布置一个，隧道中心线拱顶处布置 2 个。传感器与孔壁的藕合必须紧密，施测时隧道中应没有其它振动源。仪器震源位于掌子面附近，两侧各布置两组，每组沿竖向（ 高程方向） 布置三个震源点，每个震源点相差大约 1 m，两组间隔 2 m（ 里程方向） ，采用测量设备（ 经纬仪或者全站仪） 测量传感器相对于隧道中轴线分布及激发点的精确位置。TRT 在隧道内震源及传感器的布置如图2所示。

图2 TRT系统震源及传感器布置示意图

3. 应用实例

在建保康隧道为一座高速公路分离式特长隧道，进口位于保康县城关镇云溪沟村一组，出口位于保康县城关镇堰塘村，隧道轴线方向约310°，呈南东-北西向展布。左幅里程桩号ZK101+220～ZK105+909，全长4689m，最大埋深约403m；右幅里程桩号YK101+275～YK105+897，全长4622m，最大埋深约400m。

左洞进口掘进至ZK102+109，围岩为下奥陶统（O1）中厚层状泥质灰岩，层理较发育，产状15°∠54°，洞轴走向为275°，层间结合较差。结构面发育一般，层理面为最发育的结构面，闭合，岩体较完整，稳定性较好，局部可能发生掉块。各类围岩分布情况可参看掌子面素描图（图3）。

图3 ZK102+109掌子面素描图

图4 ZK102+109掌子面照片

采用TRT方法对保康隧道进口左洞ZK102+109掌子面进行施工地质预报探测，结合现场地质调查，推测ZK102+109～ZK102+170段围岩波速无明显变化，推测该段围岩稍软弱，整体完整性尚好；ZK102+170～ZK102+260段，长90m，该段围岩波速变化较大，整体波速低，推测该段围岩软弱，岩体较破碎，节理、裂隙较发育。

图5保康隧道进口左洞ZK102+109掌子面TRT施工地质预报右视图

图6 保康隧道进口左洞ZK102+109掌子面TRT施工地质预报斜视图

4. 结论

TRT技术在隧道施工地质预报中有施工干扰小、适宜性强、操作方便、及时高效等优点。结合现场地质调查，TRT隧道施工地质预报方法对保康隧道进口左洞ZK102+109掌子面的勘察，精确预报了围岩破碎含水的位置和规模，保证了施工安全、顺利的进行。

参考文献

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