R在黃土隧道中的應用

PAGE第9頁共9頁淺談TRT6000在黃土隧道中應用技術(shù)摘要：本文文結(jié)合新建大大西鐵路喬家家山隧道黃土土圍巖超前預預報案例，詳詳細闡述TRT60000超前地質(zhì)預預報系統(tǒng)適用用性、原理及及操作要點。根根據(jù)現(xiàn)場檢測測實例，驗證證其在黃土隧隧道中的實用用性。關(guān)鍵詞：TRTT6000；超前地質(zhì)質(zhì)預報；三維維地質(zhì)成像，黃黃土隧道應用用；Abstracct：Inthhispaaper,combiinedwwithttheneewDaxxiRaiilwaymounttainttunnellsurrroundiingroockgeeologiicalaadvancceforrecasttQiaoojiashhanlooessccase,elaboorateddTRT66000aadvanccegeoologiccalprredicttionssystemmsuittabiliity,pprinciipleaandopperatiionpooints..Accoordinggtoffieldtestexampples,toveerifytheppractiicabillityooftheeLoessstunnnel.Keyworrds：TRT60000；Advaanceggeologgicalforeccast；Loessstunnnelappplicaation1.前言針對長大復雜隧隧道，地質(zhì)條條件勘察難度度大，其塌方方、涌水突泥泥等突發(fā)性地地質(zhì)災害將嚴嚴重危及施工工安全，開展展好隧道工程程超前地質(zhì)預預測預報，做做到超前預判判，及時決策策處理突發(fā)性性地質(zhì)災害是是工程建設(shè)成成敗的關(guān)鍵。超前地質(zhì)預報做為隧道施工工序之一，越來越被列入業(yè)主及施工單位的主要控制項目。針對黃土隧道中，TSP203超前地質(zhì)預報系統(tǒng)的局限性，引進TRT6000做為隧道的超前地質(zhì)預報的物探檢測儀器。TRT6000超前地質(zhì)預報系統(tǒng)，采用高精度的加速計作為傳感器，比其他儀器普遍使用的速度傳感器靈敏度提高一倍。傳感器布點采用立體布點方式，在隧道兩邊分別布置4個傳感器，然后在隧道頂上布置兩個傳感器，從而獲得真實的三維立體圖，直觀的再現(xiàn)了異常體的位置、形態(tài)、大小。可以從多角度觀察缺陷，圖像清晰，易于理解，從而更加輕松地進行缺陷診斷。該儀器使用錘擊作為震源，可在同一點作多次錘擊，通過信號疊加，使異常體反射信號更加明顯?？朔吮óa(chǎn)生的高能量對周圍巖體產(chǎn)生擠壓、破壞現(xiàn)象，從而保證能接收到真實的地震波信號。2.工程概況新建鐵路大同到到西安客運專專線站前6標喬家山隧隧道為單洞雙雙線隧道,全長6510m。全隧按新新奧法設(shè)計及及施工，地形形地貌具體表表現(xiàn)為低中山山丘陵，地勢勢起伏很大，沖沖溝發(fā)育，有有水。隧道表表覆第四系上上更新統(tǒng)洪積積層新黃土：：淺黃色，堅堅硬～硬塑，局局部汗沙礫石石層，呈透鏡鏡狀；第三系系保德組礫巖巖、粉質(zhì)黏土土和卵石土互互層、粉質(zhì)黏黏土夾細砂薄薄層，局部礫礫巖層較厚，呈呈松散結(jié)構(gòu)；；下伏馬家溝溝組泥灰?guī)r。依依據(jù)物探資料料判釋，隧址址發(fā)現(xiàn)有斷裂裂構(gòu)造。隧道道中部洞身附附近有第三系系新統(tǒng)粉質(zhì)黏黏土，具有弱弱膨脹性，遇遇水崩解；隧隧道出口附近近有第四系新新黃土，具有有濕陷性，遇遇水崩解。地地下水類型主主要為第四系系、第三系空空襲潛水。主主要賦存于溝溝谷或山坡、山山梁上松散堆堆積物中。全全隧道均有分分布，對隧道道施工影響較較大。第四系系孔隙潛水量量受季節(jié)性影影響較大，雨雨季水量較大大，干旱季水水量較少。本本隧道均為Ⅴ級圍巖。3.TRT60000原理3.1設(shè)計原理理地震波反射探測測的方法很早早就已經(jīng)在土土木工程和采采礦作業(yè)等許許多方面得到到利用。這種種技術(shù)的原理理在于當?shù)卣鹫鸩ㄓ龅铰晫W學阻抗差異（密密度和波速的的乘積）界面面時，一部分分信號被反射射回來，一部部分信號透射射進入前方介介質(zhì)．聲學阻阻抗的變化通通常發(fā)生在地地質(zhì)巖層界面面或巖體內(nèi)不不連續(xù)界面。反反射的地震信信號被高靈敏敏地震信號傳傳感器接收，通通過分析，被被用來了解隧隧道工作面前前方地質(zhì)體的的性質(zhì)（軟弱弱帶、破碎帶帶、斷層、含含水等），位位置及規(guī)模。正正常入射到邊邊界的反射系系數(shù)計算公式式如下：假設(shè)R為反射系系數(shù)，為巖層層的密度，VV等于地震波波在巖層中的的傳播速度。地地震波從一種種低阻抗物質(zhì)質(zhì)傳播到一個個高阻抗物質(zhì)質(zhì)時，反射系系數(shù)是正的；；反之，反射射系數(shù)是負的的。因此，當當?shù)卣鸩◤能涇洿謳r傳播到到硬的白云石石時，回波的的偏轉(zhuǎn)極性和和波源是一致致的。當巖體體內(nèi)部有破裂裂帶時，回波波的極性會反反轉(zhuǎn)。反射體體的尺寸越大大，聲學阻抗抗差別越大，回回波就越明顯顯，越容易探探測到。3.2接收原理理（見圖1）圖1TRT66000接收原理4.TRT60000優(yōu)越性

TRT60000勘測成本低低，操作簡單單，結(jié)果準確確、全面、直直觀，代表隧隧道超前預報報領(lǐng)域最新領(lǐng)領(lǐng)先的技術(shù)，是是隧道超前預預報系統(tǒng)發(fā)展展的方向,表現(xiàn)在如下下幾個方面:4.1TRT6000超前預報使使用錘擊作為為震源，可重重復利用，不不需要耗材，而而使用炸藥爆爆炸作為震源源，每次需要要相當費用。4.2使用錘擊作為震源，可在同一點作多次錘擊，通過信號疊加，使異常體反射信號更加明顯。4.3用錘擊作為震源克服了爆炸產(chǎn)生的高能量對周圍巖體產(chǎn)生擠壓、破壞現(xiàn)象，從而保證能接收到真實的地震波信號。4.4由人控制錘擊產(chǎn)生地震波、可簡單重復，操作簡單，而爆炸產(chǎn)生地震波時高頻信號迅速衰減，對操作人員的要求比較高。4.5TRT6000采用高精度的傳感器，靈敏度高，最大程度地保留了高頻信號，提高了精度及探測距離（硬質(zhì)巖中為300米，軟質(zhì)巖中為150米）。4.6傳感器和地震波采集、處理器之間采用無線連接，大大簡化了裝備（只有兩個箱子，尺寸見設(shè)備配置），兩個箱子的重量僅為29Kg，攜帶方便。4.7TRT6000的傳感器布點（如圖）采用立體布點方式，在隧道兩邊分別布置４個傳感器，然后在隧道頂上布置兩個傳感器，從而獲得真實的三維立體圖，直觀的再現(xiàn)了異常體的位置、形態(tài)、大小。而其他儀器一般在左右邊墻各布置一個地震波信息接收器接收地震波，這樣的布置方式只能獲得異常體的位置信息，而不能獲得形狀、大小等信息，同時對于大角度斜交隧道的裂隙可能沒有反映。4.8TRT6000還采用了層析掃描的圖像處理方式，繪制三維視圖，并可以從多個角度觀察缺陷，使得圖像更加清晰，易于理解，從而更加輕松地進行缺陷診斷。4.9TRT6000能描繪到隧道水平和垂直方向的所有異物。而其他儀器用于描繪幾乎垂直于隧道的充滿空氣或水的裂隙，而且只能描繪靠近的垂直裂隙，不能描繪稍遠距離的第二或第三裂隙（尤其是充氣裂隙）。對于斜交隧道（由其是大角度斜交隧道）的裂隙可能沒有反映。對于所描繪的傾斜裂隙，會低估它們的距離。5.施工要點5.1操作要要點5.1.1錘錘擊點和傳感感器模塊點的的確定5.1.1.11錘擊點（如如圖7），距離掌掌子面1-2米，選擇初初支強度符合合要求位置，必必須避開拱架架，縱向三個個點布置，相相隔0.5米，掌子面面方向退后2米第二排布布置與第一排排要求相同，左左右邊墻布置置相同。5.1.1.22第二排錘擊擊點退后10-20米為傳感器器安裝點（如如圖2、圖3）。傳感器器安裝點第一一排為A2、A3，距離隧道道地面1.5米-2米，左右邊邊墻對稱；第第二排A4、A6距離隧道地地面0.5米-1米，保證與A2、A3不在同一橫橫向直線上，A5安裝在隧道道拱頂，與A4、A6在縱向同一一平面；第三三排A7、A8與第一排A2、A3布置相同，第第四排A9、A10、A11與第二排A4、A5、A6布置相同。5.1.1.33傳感器模塊塊安裝點必須須避開拱架安安裝在初支表表面，且在安安裝點確定后后，需將安裝裝點用錘子砸砸平，保證模模塊粘貼后與與初支完全貼貼近，才能準準確接收信號號。5.1.1.44傳感器模塊塊點粘貼需將將接線方向與與掌子面前進進方向相反，且且要求待速凝凝劑完全凝固固后方可錘擊擊。5.1.2錘錘擊指定位置置采集信號5.1.2.11打開電腦，連連通儀器，調(diào)調(diào)試接收軟件件，保證接收收軟件中A1-A111全部為綠燈燈（A1為接收基站站模塊），錘錘擊墻壁進行行測試，保證證錘頭上的觸觸發(fā)器和所有有模塊均正常常工作，按要要求每個錘擊擊點錘擊3次，接收信信號，并記錄錄信號編號。5.1.2.22保證錘擊所所用大錘在8kg左右，大錘錘太大工人錘錘不動，觸發(fā)發(fā)器不能觸發(fā)發(fā)；大錘太小小所發(fā)出的地地震波太弱，影影響檢測距離離。TBM型隧道馬蹄型隧道TBM型隧道馬蹄型隧道圖3TRT傳感器布設(shè)橫截面圖圖2TRT傳感器布設(shè)俯瞰圖5.1.2.33盡量控制大大型機具設(shè)備備的工作，使使現(xiàn)場保持安安靜，避免產(chǎn)產(chǎn)生地震波雜雜波，影響檢檢測結(jié)果。5.1.3確定隧道形形狀及開挖尺尺寸確定隧道形狀及及開挖尺寸，輸輸入數(shù)據(jù)預處處理軟件，再再將錘擊點和和傳感器模塊塊安裝點坐標標輸入，在電電腦中模擬出出隧道三維立立體圖形，為為后續(xù)軟件分分析做準備。注注意測量出錘錘擊點和傳感感器模塊安裝裝點坐標后，需需計算出掌子子面中心點坐坐標和傳感器器最后一排所所在斷面中心心點坐標，用用這兩點確定定出隧道中心心線，才能正正確顯示隧道道三維立體圖圖形。5.1.4后處理軟件件數(shù)據(jù)分析5.1.4.11數(shù)據(jù)處理流流程圖（見圖圖4）下載地震波數(shù)據(jù)和震源、傳感器位置的坐標下載地震波數(shù)據(jù)和震源、傳感器位置的坐標設(shè)定地層成像區(qū)域和最佳精度的大小設(shè)定慮波器，提取直達波，計算平均波速構(gòu)建地震波速度模型為數(shù)據(jù)處理設(shè)定過濾參數(shù)分析在巖層中探測到的異常立體圖立體圖形成設(shè)定背景（比例、顏色代碼）來顯示結(jié)果形成報告圖4數(shù)據(jù)處理理流程圖5.1.4.22將預處理軟軟件中整理好好的地震波數(shù)數(shù)據(jù)、震源和和傳感器位置置的坐標下載載到后處理軟軟件中，預處處理軟件的作作用在于數(shù)據(jù)據(jù)的整合與簡簡單處理，并并將預判出各各數(shù)據(jù)之間的的對應吻合情情況，防止在在后處理軟件件中將數(shù)據(jù)處處理的最后出出現(xiàn)錯誤，耽耽誤時間。5.1.4.33數(shù)據(jù)下載完完成后，設(shè)定定地層成像區(qū)區(qū)域和最佳精精度的大小。一一般情況下，設(shè)設(shè)定地層成像像區(qū)域的大小小為隧道中心心線為中心半半徑20米范圍內(nèi)的的地層情況，也也可以根據(jù)不不同現(xiàn)場情況況設(shè)定更大，以以方便分析。精精度的大小根根據(jù)圍巖的情情況不同而設(shè)設(shè)置，一般選選取經(jīng)驗值，也也可根據(jù)不同同地質(zhì)情況而而改變。5.1.4.44設(shè)定濾波器器，提取直達達波，計算平平均波速。這這是真?zhèn)€后處處理軟件的核核心處理工作作，一般采用用手動，根據(jù)據(jù)平時的經(jīng)驗驗設(shè)定濾波器器，依據(jù)現(xiàn)場場的情況和數(shù)數(shù)據(jù)接收情況況提取直達波波，直達波提提取的好壞，直直接影響結(jié)果果的分析，需需要經(jīng)驗的積積累，細心的的分析。波速速的計算為軟軟件的三維成成像提供前提提。5.1.4.55構(gòu)建地震波波波速模型。根根據(jù)平均波速速和直達波提提取后顯示的的反射點位置置，計算出波波速的上限和和下限，構(gòu)建建地震波波速速模型，為三三維成像劃定定區(qū)域。5.1.4.66為數(shù)據(jù)處理理設(shè)定過濾參參數(shù)。以上步步驟完成后，我我們可以預覽覽檢測結(jié)果的的三維成像，這這是在計算機機默認的過濾濾參數(shù)的基礎(chǔ)礎(chǔ)上，未必會會顯示出應有有的反射結(jié)果果，需要經(jīng)過過不斷的調(diào)整整，根據(jù)現(xiàn)場場經(jīng)驗和地質(zhì)質(zhì)資料選擇出出最佳的過濾濾參數(shù)，顯示示三維結(jié)果圖圖。5.1.4.77設(shè)定背景主主要是根據(jù)習習慣，設(shè)定明明顯的對比顏顏色、最佳的的視覺比例。5.1.4.88分析在巖層層中探測到的的異常立體圖圖，這是結(jié)果果分析重要步步驟，需要分分析者有足夠夠的現(xiàn)場經(jīng)驗驗和專業(yè)地質(zhì)質(zhì)知識，最好好分析者親自自參與現(xiàn)場檢檢測，研究掌掌子面圍巖情情況，并根據(jù)據(jù)地質(zhì)資料和和經(jīng)驗進行分分析。最后形形成報告。5.2施工注注意事項5.2.1注注意施工現(xiàn)場場環(huán)境，盡量量在信號接收收時停止現(xiàn)場場大型機具設(shè)設(shè)備的運行，減減少震動干擾擾。5.2.2注注意錘擊點和和傳感器模塊塊安裝點布置置，一定要避避開鋼拱架，布布置在與隧道道圍巖接觸的的初支面上，減減少信號接收收的干擾。5.2.2錘錘擊點的初支支強度需要得得到保證，不不能布置在新新噴射的初支支表面，影響響震源。5.2.3注意意調(diào)試儀器，保保證儀器一切切正常的情況況下進行檢測測。5.3TRT66000超前地質(zhì)預預報系統(tǒng)技術(shù)術(shù)指標（見表表1）。表1TRTT6000超前地質(zhì)預預報系統(tǒng)技術(shù)術(shù)指標項次項目內(nèi)容1接收器端口9個2記錄通道24個3采樣間隔31，64，1125，250，500，1000，或2000μs4記錄帶寬40～150000Hg5模數(shù)轉(zhuǎn)換32位6記錄長度16000采樣樣數(shù)每通道7頻率范圍10Hg—755000HHg8測量精度最好10cm9低頻過濾25，35，550，70，100，140，200，280，400HHg10高頻過濾250，5000，1000Hg（降低風噪噪）11延遲0～9999mms，每毫秒每每毫秒調(diào)節(jié)12工作電壓直流12伏13溫度范圍存放環(huán)境溫度--100—＋60014相對濕度30-90%15電源外接電源90--240伏交交流，50/600Hg16探測距離軟巖一般1500米硬巖一般300米6.應用實例新建鐵路大同到到西安客運專專線站前6標喬家山隧隧道2號斜井，應應用TRT60000超前地質(zhì)預預報系統(tǒng)進行行信號采集和和結(jié)果分析。分分析結(jié)果的地地質(zhì)三維圖中中的顏色代表表了不同巖體體間的波阻抗抗的差別，當當?shù)卣鸩◤能涇洿謳r傳播到到硬巖時，回回波的偏轉(zhuǎn)極極性和波源是是一致的。當當巖體內(nèi)部有有破裂帶時，回回波的極性會會反轉(zhuǎn)。反射射體的尺寸越越大，聲學阻阻抗差別越大大。成果解譯譯就是把波阻阻抗的分布、形形態(tài)等特征和和代表的可能能的地質(zhì)異常常情況對應起起來。經(jīng)分析析，喬家山2#斜井里程2斜6+76～6+56段從俯視圖圖上看，兩側(cè)側(cè)