超前地质预报系统TRT

TRT6000超前地质预报系统

铁科院铁建所

TRT6000超前地质预报系统

①是一种全新的地质超前预报设备②采用的是美国国家安全局研发的最新地震波反射追踪技术

一种全新的地质超前预报设备。二十世纪六十年代，在美国先进技术发展计划基金支持下，美国国家安全局网罗了众多资深地球物理学家应用地震波勘测技术来研究地层应力消除现象及地层结构扫描成像，简称TRT技术。2006年，为推广这一先进技术，美国C-Thru公司从国家安全局继承了相关资产，与中国铁道科学研究院联合推出了TRT6000超前地质预报系统。1、工作原理地震波反射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，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。Reflectionofvisuallight Blocadeoflight(shadow)(similartoseismicreflectortracing)(similartoseismictomography)ImagingfeaturesinanyuniverseSeismicwavesinthegroundP-waves(dilatationalparticlemotion)ViewalongtrajectorySideviewS-waves(lateralmotion)SHSVS-wavesurfacerelatives:Raileighwaves&LovewavesorSeismicimpactsources:Blast

SignificantinelasticdeformationLower,no-controlfrequency spectrum 3Dradiation-mostlyP-wavesFastersignaldecayTriggerrepeatabilityproblemRequireddrillingDealingw.explosivesETimeCrushedrockFracturedrockElasticstrain;P-waveradiationChargeInelasticenergylossSeismicenergy

outputTriggerSeismicimpactsources:Hammerstrike

Limitedinelasticdeformation; dependsonrockstrengthNo-controlfrequencyspectrumDirectionalP-andS-wavesModeratewavedecayMoreconsistenttriggerNodrillingandexplosivesProblemsintightspacesETimeInelasticenergylossSeismicenergy

outputTriggerCrushedrockFracturedrockElasticstrainP-wavesS-wavesS-wavesSweptfrequenysource

Near0inelasticdeformation- energylossatanygroundVeryhightriggerrepeatabilityControlledsourcespectrumDirectionalP-andS-waves

OperationalintightspotsApplicableattherocksurface andindrilledholesRequiresadditionalsignal processingtogenerate impact-likerecordsAFrequencyTimeFsFeTriggerTriggerTtTimeElasticstrainP-wavesSourceS-wavesS-wavesSpectrumSourceReflectionImpact-likerecord反射的地震信号被高灵敏地震信号传感器接收，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，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、形状、大小。Totaltraveltimeforreflectedwaves(Tt=Ti+Tr)definesellipsoidinthree-dimensionalspaceforeachsource-receiverpairTraveltime"Tr"fromReflectortoreceiverTraveltime"Ti"fromsourcetoreflector反射阶段传播时间“Tr”入射传播时间“Ti”反射波总传播时间:每对震源和传感器的反射波总传播时间在三维空间定义了一个椭球Reflector反射物传感器震源SourceReceiverTiTrTruereflectorlocationrequiresanumberofellipsoidsfordifferentsource-receiverpairsSourceReflectorReceiverReceiver反射物传感器传感器震源实际上反射物位置的确定需要很多震源-传感器定义的椭球Tunnel2、主要部分组成①主机②基站③无线模块④传感器⑤触发器---无线数据采集的硬件系统---TRT6000超前地质预报系统TRT6000超前地质预报系统仪器运输箱仪器运输箱，总重28kg,可由一人长距离搬运，尺寸：55cm*43Cm*22Cm，47cm*36cm*22cm.TRT6000超前地质预报系统---无线数据采集的硬件系统---无线模块主要部件运输箱主机基站布置方式和数据采集A2A5A10A3A8A2A7A6A11A4A9A3A4A5A6A7A8A9A10A112.TRT6000的特点①操作简单②成本低，实现“零”成本测试③设备可靠度高和适应性强④

采集信息量大，形象的绘制三维立体图，对于多种不良地质体反应敏感。⑤可提供优质的售后服务。①操作简单现场布置“简单”测试过程“简单”弥补失误“简单”现场布置“简单”用6毫米的钻头打3.5厘米深的孔。在固定块上抹上膨胀性快干水泥，把固定块固定在隧道边墙和洞顶表面。传感器通过螺丝安装在固定块上，从而实现传感器和岩体的紧密耦合。Couplingaccelerometerstosoftergroundsurface(e.g.salt).–Approach2ToolsSectionMountedaccelerometerTunnelplanviewStandardpatternofsourceandreceiverlocationsforTRTseismicsurveysintunnelsA25m10to20m5m5m2mSourcepointsAccelerometersA5A10A3A8A2A7A6A11A4A9A3A4A5A6A7A8A9A10A11Tunnelcross-sectionA5A10A3A8A2A7A6A11A4A9TBMtunnelD&Btunnel震源点传感器隧道横断面图隧道平面图TBM隧道应用TRT地震仪勘测时震源和传感器标准的位置传感器传感器TriggerCh.1Ch-s13-24SeismographSeismographpowersupplyPowergeneratororcommercialACpower110VACPowerCh-s(1)2-12SignallinesDCpowerACpowerPowerstripSeismographAmplifierArrayofaccelerometersHammerBlock-schematicforwiredTRT™surveysusinghammerassource.用铁锤作为震源TRT系统的单元结构图EnabletheHammerTrigger开启铁锤触发器TRT6000WirelessSeismicSystemisEasytoUseTurnontheRemoteModules

无线模块上电3.StriketheHammer锤击Block-schematicforwirelessTRT™surveysusinghammerassource.TriggersignalArrayofaccelerometersconnectedtoremotewirelessmodulesHammerBasestationLaptopforwirelessTRTdataacquisitionandprocessingNocommercialpower;Noexpensiveseismograph;Nocablelines;Lesstotalweightandvolume;BetterresolutionofseismicsignalsADVANTAGESWirelessseismicdataacquisitionUserInterface测试过程“简单”震源只需要用8磅的锤锤击表面的岩体或固结的混凝土。准备时间短,对施工扰动小采集时间仅需10分钟。Usinghammerasimpactsource

用锤击作为振源弥补失误“简单”由人控制锤击产生地震波、对周围岩体没有产生挤压、破坏现象，对于接收不好的测试信号，可简单重复测试，操作简单。Andthedataiscollected采集到的地震波数据Comparisonofseismicdatafrom

wired

(red),and

wireless

(blue)TRTsurveyinrealtunnel.0 TIME,ms65Source@S2A2A3A4A5A6A7A8A9Source@S5A2A3A4A5A6A7A8A90 TIME,ms65Comparisonofseismicrecordforthesamegainrecordedbywiredseismograph(top)andwirelesssystem(bottom)相同增益下地震波记录比较：有线（上）和无线（下）TRT6000系统实现“零”成本测试TRT6000超前预报使用锤击作为的震源，可重复利用，不需要耗材

设备可靠度高和适应性强这种方法非常适合于煤矿、TBM掘进工程等施工场地狭小、严禁明火的现场。

例如：含瓦斯地层、煤矿、倾斜度大的斜井、软弱的危险地层

接收频率范围为0.7-3900Hz，能够在软岩、硬岩、黄土、松散堆积物等多种地质环境里进行的超前地质预报.

安全性非常高、震源可重复利用、通过多次锤击，获得叠加信号，使异常体反射更加明显Remote

wireless

modulesconnectedtoaccelerometers

信息处理采集信息量大，形象的绘制三维立体图，对于多种不良地质体反应敏感。震源和传感器采用矩阵排列，获得真实的三维立体图，直观再现异常体的形态、大小。断层破碎带不良地质体接触界限含水构造大管径的管状岩溶构造Dataprocessingflow1.下载地震波数据和震源、传感器位置的坐标2.设定地层成像区域和最佳精度(节点数目)的大小3.设定虑波器，选取每个记录的直达波，并计算地震波的平均波速4.为所选区块构建地震波速度模型5.为数据处理设定过滤参数6.重复步骤3,4,5处理数据，直到处理结果达到平衡，噪音干扰衰减到足够小。7.设定背景（比例、颜色代码）来显示结果8.审查和分析在岩层中探测到的异常的平面（二维）和立体（三维）绘图数据处理流程SeismicdatafromwiredTRTsurvey0 TIME,ms60Source@S5A2A3A4A5A6A7A8A9A10A11Source@S9A2A3A4A5A6A7A8A9A10A11Signalaverageamplitude0.22VppSignalaverageamplitude0.16VppSr0 TIME,ms60信号平均振幅为0.16Vpp信号平均振幅为0.22VppUsinglinearregressiontomeasureaverageseismicwavevelocityVp=5,850m/sVsr=3,000m/sVs=3,300m/sVsr-velocityofsurfacewavesVs–velocityofSwaves(assessed)Vp–velocityofPwaves表面波波速S波波速用线性递归方法测量平均地震波的波速P波波速距离时间SeismicvelocitymodelSoundvelocityintunnel=350m/sAveragevelocity=3,300m/sFaceTunnelSourceReceiverP-wavevelocitym/s3503,300隧道中声波的传输速度=350m/s隧道平均速度＝3300m/s地震波波速模型隧道面震源传感器修正地震波的衰减240-840Hz滤波器，消除噪音信号干扰Correctionforattenuationofseismicwaves修正地震波的衰减512ms0msSubduedirectwaves抑制直达波Filtersfordataprocessing数据滤波处理0 TIME,ms 120SourceA2A3A4A5A6A7A8A9A10A11SourceA2A3A4A5A6A7A8A9A10A11Rawseismicwaveforms(top),andwaveformsfilteredfordataprocessing(bottom).原始的地震波形（上）和过滤后的波形（下）1.铁路2.公路3.矿山4.水利水电5.煤炭2006年引入我国以来，在多个领域获得了广泛应用断层破碎带

谷家台32线断层图断层走向从俯视图上看，红线标示处两侧有明显的错断现象，可初步判译红色线为断层走向线。从立体图上看，红色线标示的面左侧异常断开，可初步判断为断裂面破碎带2006年10月21日在武广客运专线湖北赤壁行将山隧道检测结果：2008年04月24日山东蓬莱中铁四局龙烟隧道25-47米处存在一个斜向相交的破碎带

吐库二线中天山隧道变质砂岩与英安岩的不整合接触面

从俯视图上看，红线位置节里裂隙发育，经开挖结果验证，此处为变质砂岩与英安岩的不整合接触面侧视图（280米）立体图瑞士公路隧道－2002

挖掘至此处，发现较大的水量涌出GeneralalignmentofpossiblesystemofvoidsPlannedtunnelalignmentElevation,m706050403020100-10-20