TRT7000技术在隧道地质超前预报中的应用

2022-07-07许德根周满兵

工程与建设 2022年3期

关键词：反射系数节理震源

许德根, 周满兵

(1.安徽省公路工程检测中心，安徽合肥 230041; 2.桥梁与隧道安徽省重点实验室，安徽合肥 230041)

0 引言

TRT7000(Tunnel Reflection Tomagraphy 7000)超前预报系统属于地震波反射法的一种，该技术主要利用地震波在传播过程中所遇到的物性差异对目标体的性质进行分析判断[1]。

现今，TRT技术飞速发展，由锤击震源逐渐替代了最初的炸药震源。不仅使地质超前预报的工作效率越来越高，而且提升了其安全性。在数据处理方面，由传统的2D转变为3D成像，使预报成果更加全面、直观[2，3]。

TRT7000与其他地震波反射技术(如TSP)相比，具有以下优点：①TRT7000利用的是锤击震源，能够较好地减轻杂波信号的干扰，且通过多次对同一震源点进行敲击，能够采集更多的叠加反射信号；②TRT7000所用的传感器相对于加速度传感器而言，灵敏度高，能够更好地采集到高频信号；③TRT7000所利用的是三维探测方式，能够获得更多的数据信息，提高了对不良地质体的定量定性分析的准确性和精度；④TRT7000成像结果较为直观，能够容易判断隧道不良地质体的类型等信息[4，5]。

1 TRT7000预报简介

1.1 系统组成

TRT7000超前预报系统主要由无线模块、无线通信基站、触发器、传感器和主机等组成。TRT7000超前预报系统模型如图1所示。

图1 TRT7000超前预报系统模型

TRT7000超前预报系统的工作过程为：①利用速凝剂将传感器布置在隧道壁上，在布置的过程中，传感器的方向应朝向隧道洞口的方向以保证传感器能够不间断地接收震源信号。传感器和震源点布置示意图如图2所示；②对震源点进行锤击，在产生地震波信号的同时，触发器会产生一个触发信号给基站，然后基站给无线远程模块下达采集地震信号的指令，无线远程模块将采集到的地震波信号传输到主机。

图2 传感器和震源布置示意图

1.2 理论原理

TRT7000超前预报系统的理论原理实质上为地震波在介质中的传播过程，当地震波遇到波阻抗差异的界面，会产生反射波，部分地震波信号会继续向前传播。将反射回来的信号利用接收传感器进行接收。TRT7000的震源为体震源，不仅会产生纵波，而且会产生横波。但横波的能量低而且衰减速度快，因此，一般不做考虑。当地震波信号(纵波)以入射角α传播到波阻抗差异的界面时，将会产生反射波PR和透射波PT。正常入射到边界的反射系数计算公式如下：

式中：R为反射系数；ρ1、ρ2为岩层的密度；V为地震波在岩层中的传播速度。地震波从一种低阻抗物质传播到一个高阻抗物质时，反射系数是正的；反之，反射系数是负的。因此，当地震波从软岩传播到硬岩时，回波的偏转极性和波源是一致的。当岩体内部有破裂带时，回波的极性会反转。反射体的尺寸越大，声学阻抗差别越大，回波就越明显。通过分析回波信号，可以了解掌子面前方地质体的性质(软弱带、破碎带、断层、含水等)、位置、形状、大小等信息。

2 工程实例

2.1 工程概况

某隧道位于安徽省宣城市境内，为双向分离式隧道，左幅全长850 m，右幅全长870 m。洞身以上地面地形起伏较大，总体是中部高、波状起伏，进出口地段地形低，海拔高程72.55～160.00 m，相对高差约 88.5 m，坡角 35°～55°，隧道最大处的埋深可达 87 m。隧道左幅出口处共发育了2组节理，其产状分别是 130∠50°和 360°∠70°。隧道右幅进洞口山顶处有一组节理发育，其走向为西北35°。隧道左幅进洞口处有一组节理发育，节理走向 302°。隧道中部山体处发育一组节理，产状 54°∠70°。遂址区的地层主要划分为第四系松散堆积物和白垩系花岗岩。