TRT6000隧道超前地質(zhì)預(yù)報系統(tǒng)在王家隧道中的應(yīng)用

1、TRT6000 隧道超前地質(zhì)預(yù)報系統(tǒng)在王家隧道中的應(yīng)用摘要：本文結(jié)合 TRT6000 隧道超前地質(zhì)預(yù)報系統(tǒng)在王家隧道中的應(yīng)用，主要介紹了 TRT6000 的原理和工作方法， 用王家隧道的預(yù)報過程和結(jié)果說明了超前地質(zhì)預(yù)報的重要 性，總結(jié)其存在的優(yōu)缺點。關(guān)鍵詞： TRT6000 ；隧道；超前地質(zhì)預(yù)報1 前言 從隧道工程發(fā)展以來，開挖技術(shù)一直是制約隧道施工的關(guān)鍵因素，但隨著隧道開挖方法的不斷完善和現(xiàn)代機械的發(fā) 展，使得隧道開挖中的技術(shù)問題迎刃而解。然而，由于交通 工程的需要，人們必須在更加復(fù)雜多變的地質(zhì)環(huán)境中修建隧 道，并且因隧道長度、埋深等多種因素的影響，隧道施工中 遇到的問題也相應(yīng)增多，突泥、涌

2、水、塌方等不良地質(zhì)災(zāi)害 逐漸成為圍繞隧道施工的主要難題。隧道超前地質(zhì)預(yù)報的作 用就在這時凸顯出來，對不良地質(zhì)進行提前預(yù)報，及時采取 預(yù)防措施，可以有效地避免地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生，確保施工人員 的安全和工程的順利進行。自上個世紀 80 年代開始，隧道施工超前地質(zhì)預(yù)報就在各國迅速發(fā)展開來 1 ，經(jīng)過四十幾年的研究，人們已經(jīng)總結(jié)出一套較完整的預(yù)報體系。TRT6000隧道超前地質(zhì)預(yù)報系統(tǒng)作為超前預(yù)報地球物理探測方法的種，雖然研發(fā)出來的時間較短，但已被各國引入并用于工 程實踐中。2 工程概況 重慶忠縣至萬州高速公路王家隧道位于重慶市萬州區(qū)長坪村彈子鄉(xiāng)，距萬州區(qū)城區(qū)約為 80km，距長坪鄉(xiāng)約6.5km。隧道總長

3、1059.15m （左右洞均值），為長隧道，左、右路基 設(shè)計線間距為15.54m30.5m ,為一般小凈距+分離式組合隧 道。左洞起訖樁號 ZK34+056.70ZK35+170 ,全長1073.3m;右洞起訖樁號 K34+055K35+100 ,全長1045m。王家隧道位處方斗山北斜西翼，地貌上屬于構(gòu)造剝蝕丘陵地貌，地質(zhì)構(gòu)造上處于新華夏系第三沉降帶之川東褶帶， 主要發(fā)育北東向構(gòu)造，穿越地層為單斜構(gòu)造，區(qū)內(nèi)構(gòu)造較簡 單，未發(fā)現(xiàn)斷層，主要巖性為砂巖、頁巖、泥巖、泥質(zhì)灰?guī)r 和灰?guī)r。圍巖可分為W、V級，以軟巖為主，風化裂隙較發(fā) 育，強風化帶較厚，層間結(jié)合一般，隧道埋深較淺，局部洞 頂易坍塌。3 TR

4、T6000 超前地質(zhì)預(yù)報系統(tǒng)3.1 TRT6000 系統(tǒng)預(yù)報工作原理TRT 是隧道地震波反射層析成像技術(shù)的簡稱，該技術(shù)的基本原理在于當?shù)卣鸩ㄓ龅铰晫W阻抗差異（密度和波速的乘積）界面時，部分信號被反射回來，一部分信號透射進入前方介質(zhì)。聲學阻抗的變化通常發(fā)生在地質(zhì)巖層界面或巖體內(nèi)不連續(xù)界面。反射的地震信號被高靈敏地震信號傳感器接 收，通過分析，被用來了解隧道工作面前方地質(zhì)體的性質(zhì)，位置及規(guī)模。正常入射到邊界的反射系數(shù)計算公式如下：假設(shè) R 為反射系數(shù)，P 1、p 2為巖層的密度，V等于地震波在巖層中的傳播速度。地震波從一種低阻抗物質(zhì)傳播到個高阻抗物質(zhì)時，反射系數(shù)是正的；反之，反射系數(shù)是負 的。因此

5、，當?shù)卣鸩◤能泿r傳播到硬的圍巖時，回波的偏轉(zhuǎn) 極性和波源是一致的。當巖體內(nèi)部有破裂帶時，回波的極性 會反轉(zhuǎn)。反射體的尺寸越大，聲學阻抗差別越大，回波就越 明顯，越容易探測到。通過分析，用來了解隧道工作面前方 地質(zhì)體的性質(zhì)，位置、形狀、大小。3.2、數(shù)據(jù)采集1. 觀測系統(tǒng)布置TRT 的震源和檢波器采用分布式的立體布置方式 （受條件限制，未設(shè)檢波器 A5 、A10 ），具體方法見下圖 12. 儀器數(shù)據(jù)采集儀器的工作過程為：在震源點上錘擊，在錘擊巖體產(chǎn)生地震波的同時，觸發(fā)器產(chǎn)生一個觸發(fā)信號給基站，然后基站 給無線遠程模塊下達采集地震波指令，并把遠程模塊傳回的 地震波數(shù)據(jù)傳輸?shù)焦P記本電腦，完成地震波數(shù)

6、據(jù)采集。儀器 連接詳見下圖 2。3. TRT 成像TRT 成像圖采用的是相對解釋原理， 即確定一個背景場，所有解釋相對背景值進行，異常區(qū)域會偏離背景區(qū)域值，根 據(jù)偏離與分布多少解釋隧道前方的地質(zhì)情況。判斷圍巖地質(zhì)情況原則：1.一般來說，軟件設(shè)定圍巖相對背景值破碎、含水區(qū)域呈藍色顯示，相對背景值硬質(zhì)巖石呈黃色顯示；2.從整體上對成像圖進行解釋，不能單獨參照一個斷面的圖像；4 工程應(yīng)用 因工程的安全和工期要求，王家隧道在施工過程中均采用 TRT6000 系統(tǒng)進行了超前地質(zhì)預(yù)報。2015 年 4 月 23 日，分別對王家隧道左右線進行了第11次超前預(yù)報，左線掌子面里程 ZK34+884 ，右線掌子面

7、里程ZK34+853 。隧道掌子面附近左右墻面各設(shè)置 6 處震源，向后15m 的左右墻面開始對稱設(shè)置傳感器。儀器連接完成后錘擊 震源，進行數(shù)據(jù)采集。RV3D 分析軟件所得 TRT6000 層析掃描成像圖如下：圖 3 為王家隧道左洞里程 ZK34+884ZK34+984 的層析掃描成像圖側(cè)視圖， 圖 4 為王家隧道右洞里程 ZK34+853K34+953 的層析掃描成像圖側(cè)視圖。根據(jù) RV3D 分析軟件的 層析掃描成像圖，并結(jié)合地質(zhì)勘測資料以及開挖掌子面的情 況判斷：左洞：ZK34+884ZK34+914，圍巖巖體完整性一般，節(jié)理裂隙較發(fā)育， 層間結(jié)合一般， 可能有少量的裂隙水賦存；ZK34+9

8、14 ZK34+944 ，該段圍巖完整性較差，巖體破碎，層間結(jié)合較差，可能有大量的裂隙水賦存； ZK34+944ZK34+984 ，該段圍巖較前段有所改善， 完整性一般， 巖體破碎，層間結(jié)合較一般，可能有少量的裂隙水賦存。右洞： K34+853 K34+893 ，該段巖體與掌子面相似，圍巖完整性一般，層間結(jié)合一般；K34+893K34+923，該段圍巖完整性與前段相似，巖體破碎，層間結(jié)合一般，裂隙 較發(fā)育。 K34+923 K34+953 ，該段圍巖完整性較前段差， 巖體較破碎， 圍巖完整性一般， 層間結(jié)合一般， 自穩(wěn)能力差， 節(jié)理裂隙發(fā)育，可能有少量的裂隙水賦存。建議：圍巖探測左洞 ZK34

9、+914ZK34+944，右洞K34+923 K34+953 段為地震波低速帶或反射面密集帶，圍 巖完整性較探測其余地段差，推斷為斷層破碎帶，裂隙水相 對探測其余段較發(fā)育， 自穩(wěn)能力較差， 在施工時注意短進尺， 弱爆破，及時支護，可考慮加強支護通過，建議在此段加強 短距離的超前探水工作（或必要條件下加強超前鉆探驗證工 作），根據(jù)鉆探情況掌握前方圍巖變化，適當調(diào)整支護參數(shù) 通過。 遇施工不利段， 應(yīng)加強監(jiān)控量測， 合理安排施工工序， 謹慎掘進，及時支護閉合，結(jié)合監(jiān)測數(shù)據(jù)，采用合適的開挖 方法并及時調(diào)整支護參數(shù)，確保安全通過。該段兩洞已于 2015 年 5 月開挖完成， 并進行了初期支護， 開挖出

10、來的地質(zhì)情況與超前預(yù)報結(jié)論基本吻合。左洞ZK34+924 ZK34+964 段和右洞 K34+933 K34+973 段隧道 均出現(xiàn)了不同程度的破碎帶且富含地下裂隙水，經(jīng)過加強支 護和排水處理，隧道處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，未出現(xiàn)重大不良地 質(zhì)災(zāi)害。5 結(jié)語1）將 TRT6000 超前地質(zhì)預(yù)報系統(tǒng)應(yīng)用于王家隧道，預(yù)報隧道施工中的地質(zhì)情況，根據(jù)預(yù)報結(jié)果，及時進行信息 反饋，修正圍巖分級，調(diào)整支護參數(shù)，優(yōu)化施工方案，實現(xiàn) 施工的信息化、數(shù)據(jù)化、動態(tài)化，避免施工中可能誘發(fā)的重 大地質(zhì)災(zāi)害，確保工程安全、高效、有序地進行。2）在工程的應(yīng)用中， TRT6000 超前地質(zhì)預(yù)報系統(tǒng)部件少，攜帶方便；儀器安裝快速，數(shù)據(jù)收集時，只需錘擊震 源點和操作主機，有效地節(jié)約時間和降低成本；后期處理簡 單便捷，得到的三維圖像形象直觀，能夠準確真實的反應(yīng)地 質(zhì)情況。3）在使用中也存在缺陷，傳感器數(shù)量多，且對布置點要求嚴格，傳感器對地震波靈敏度高，抗干