TRT6000隧道超前地质预报系统在王家隧道中的应用

1、TRT6000 隧道超前地质预报系统在王家隧道中的应用摘要：本文结合 TRT6000 隧道超前地质预报系统在王家隧道中的应用，主要介绍了 TRT6000 的原理和工作方法， 用王家隧道的预报过程和结果说明了超前地质预报的重要 性，总结其存在的优缺点。关键词： TRT6000 ；隧道；超前地质预报1 前言 从隧道工程发展以来，开挖技术一直是制约隧道施工的关键因素，但随着隧道开挖方法的不断完善和现代机械的发 展，使得隧道开挖中的技术问题迎刃而解。然而，由于交通 工程的需要，人们必须在更加复杂多变的地质环境中修建隧 道，并且因隧道长度、埋深等多种因素的影响，隧道施工中 遇到的问题也相应增多，突泥、涌

2、水、塌方等不良地质灾害 逐渐成为围绕隧道施工的主要难题。隧道超前地质预报的作 用就在这时凸显出来，对不良地质进行提前预报，及时采取 预防措施，可以有效地避免地质灾害的发生，确保施工人员 的安全和工程的顺利进行。自上个世纪 80 年代开始，隧道施工超前地质预报就在各国迅速发展开来 1 ，经过四十几年的研究，人们已经总结出一套较完整的预报体系。TRT6000隧道超前地质预报系统作为超前预报地球物理探测方法的种，虽然研发出来的时间较短，但已被各国引入并用于工 程实践中。2 工程概况 重庆忠县至万州高速公路王家隧道位于重庆市万州区长坪村弹子乡，距万州区城区约为 80km，距长坪乡约6.5km。隧道总长

3、1059.15m （左右洞均值），为长隧道，左、右路基 设计线间距为15.54m30.5m ,为一般小净距+分离式组合隧 道。左洞起讫桩号 ZK34+056.70ZK35+170 ,全长1073.3m;右洞起讫桩号 K34+055K35+100 ,全长1045m。王家隧道位处方斗山北斜西翼，地貌上属于构造剥蚀丘陵地貌，地质构造上处于新华夏系第三沉降带之川东褶带， 主要发育北东向构造，穿越地层为单斜构造，区内构造较简 单，未发现断层，主要岩性为砂岩、页岩、泥岩、泥质灰岩 和灰岩。围岩可分为W、V级，以软岩为主，风化裂隙较发 育，强风化带较厚，层间结合一般，隧道埋深较浅，局部洞 顶易坍塌。3 TR

4、T6000 超前地质预报系统3.1 TRT6000 系统预报工作原理TRT 是隧道地震波反射层析成像技术的简称，该技术的基本原理在于当地震波遇到声学阻抗差异（密度和波速的乘积）界面时，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。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，位置及规模。正常入射到边界的反射系数计算公式如下：假设 R 为反射系数，P 1、p 2为岩层的密度，V等于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

5、，当地震波从软岩传播到硬的围岩时，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，越容易探测到。通过分析，用来了解隧道工作面前方 地质体的性质，位置、形状、大小。3.2、数据采集1. 观测系统布置TRT 的震源和检波器采用分布式的立体布置方式 （受条件限制，未设检波器 A5 、A10 ），具体方法见下图 12. 仪器数据采集仪器的工作过程为：在震源点上锤击，在锤击岩体产生地震波的同时，触发器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波指令，并把远程模块传回的 地震波数据传输到笔记本电脑，完成地震波数

6、据采集。仪器 连接详见下图 2。3. TRT 成像TRT 成像图采用的是相对解释原理， 即确定一个背景场，所有解释相对背景值进行，异常区域会偏离背景区域值，根 据偏离与分布多少解释隧道前方的地质情况。判断围岩地质情况原则：1.一般来说，软件设定围岩相对背景值破碎、含水区域呈蓝色显示，相对背景值硬质岩石呈黄色显示；2.从整体上对成像图进行解释，不能单独参照一个断面的图像；4 工程应用 因工程的安全和工期要求，王家隧道在施工过程中均采用 TRT6000 系统进行了超前地质预报。2015 年 4 月 23 日，分别对王家隧道左右线进行了第11次超前预报，左线掌子面里程 ZK34+884 ，右线掌子面

7、里程ZK34+853 。隧道掌子面附近左右墙面各设置 6 处震源，向后15m 的左右墙面开始对称设置传感器。仪器连接完成后锤击 震源，进行数据采集。RV3D 分析软件所得 TRT6000 层析扫描成像图如下：图 3 为王家隧道左洞里程 ZK34+884ZK34+984 的层析扫描成像图侧视图， 图 4 为王家隧道右洞里程 ZK34+853K34+953 的层析扫描成像图侧视图。根据 RV3D 分析软件的 层析扫描成像图，并结合地质勘测资料以及开挖掌子面的情 况判断：左洞：ZK34+884ZK34+914，围岩岩体完整性一般，节理裂隙较发育， 层间结合一般， 可能有少量的裂隙水赋存；ZK34+9

8、14 ZK34+944 ，该段围岩完整性较差，岩体破碎，层间结合较差，可能有大量的裂隙水赋存； ZK34+944ZK34+984 ，该段围岩较前段有所改善， 完整性一般， 岩体破碎，层间结合较一般，可能有少量的裂隙水赋存。右洞： K34+853 K34+893 ，该段岩体与掌子面相似，围岩完整性一般，层间结合一般；K34+893K34+923，该段围岩完整性与前段相似，岩体破碎，层间结合一般，裂隙 较发育。 K34+923 K34+953 ，该段围岩完整性较前段差， 岩体较破碎， 围岩完整性一般， 层间结合一般， 自稳能力差， 节理裂隙发育，可能有少量的裂隙水赋存。建议：围岩探测左洞 ZK34

9、+914ZK34+944，右洞K34+923 K34+953 段为地震波低速带或反射面密集带，围 岩完整性较探测其余地段差，推断为断层破碎带，裂隙水相 对探测其余段较发育， 自稳能力较差， 在施工时注意短进尺， 弱爆破，及时支护，可考虑加强支护通过，建议在此段加强 短距离的超前探水工作（或必要条件下加强超前钻探验证工 作），根据钻探情况掌握前方围岩变化，适当调整支护参数 通过。 遇施工不利段， 应加强监控量测， 合理安排施工工序， 谨慎掘进，及时支护闭合，结合监测数据，采用合适的开挖 方法并及时调整支护参数，确保安全通过。该段两洞已于 2015 年 5 月开挖完成， 并进行了初期支护， 开挖出

10、来的地质情况与超前预报结论基本吻合。左洞ZK34+924 ZK34+964 段和右洞 K34+933 K34+973 段隧道 均出现了不同程度的破碎带且富含地下裂隙水，经过加强支 护和排水处理，隧道处于基本稳定状态，未出现重大不良地 质灾害。5 结语1）将 TRT6000 超前地质预报系统应用于王家隧道，预报隧道施工中的地质情况，根据预报结果，及时进行信息 反馈，修正围岩分级，调整支护参数，优化施工方案，实现 施工的信息化、数据化、动态化，避免施工中可能诱发的重 大地质灾害，确保工程安全、高效、有序地进行。2）在工程的应用中， TRT6000 超前地质预报系统部件少，携带方便；仪器安装快速，数据收集时，只需锤击震 源点和操作主机，有效地节约时间和降低成本；后期处理简 单便捷，得到的三维图像形象直观，能够准确真实的反应地 质情况。3）在使用中也存在缺陷，传感器数量多，且对布置点要求严格，传感器对地震波灵敏度高，抗干