PAGE第9頁(yè)共9頁(yè)淺談TRT6000在黃土隧道中應(yīng)用技術(shù)摘要：本文結(jié)合新建大西鐵路喬家山隧道黃土圍巖超前預(yù)報(bào)案例，詳細(xì)闡述TRT6000超前地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)適用性、原理及操作要點(diǎn)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)實(shí)例，驗(yàn)證其在黃土隧道中的實(shí)用性。關(guān)鍵詞：TRT6000；超前地質(zhì)預(yù)報(bào)；三維地質(zhì)成像，黃土隧道應(yīng)用；Abstract：Inthispaper,combinedwiththenewDaxiRailwaymountaintunnelsurroundingrockgeologicaladvanceforecastQiaojiashanloesscase,elaboratedTRT6000advancegeologicalpredictionsystemsuitability,principleandoperationpoints.Accordingtofieldtestexamples,toverifythepracticabilityoftheLoesstunnel.Keywords：TRT6000；Advancegeologicalforecast；Loesstunnelapplication1.前言針對(duì)長(zhǎng)大復(fù)雜隧道，地質(zhì)條件勘察難度大，其塌方、涌水突泥等突發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害將嚴(yán)重危及施工安全，開(kāi)展好隧道工程超前地質(zhì)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，做到超前預(yù)判，及時(shí)決策處理突發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害是工程建設(shè)成敗的關(guān)鍵。超前地質(zhì)預(yù)報(bào)做為隧道施工工序之一，越來(lái)越被列入業(yè)主及施工單位的主要控制項(xiàng)目。針對(duì)黃土隧道中，TSP203超前地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)的局限性，引進(jìn)TRT6000做為隧道的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的物探檢測(cè)儀器。TRT6000超前地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)，采用高精度的加速計(jì)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(diǎn)采用立體布點(diǎn)方式，在隧道兩邊分別布置4個(gè)傳感器，然后在隧道頂上布置兩個(gè)傳感器，從而獲得真實(shí)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(jìn)行缺陷診斷。該儀器使用錘擊作為震源，可在同一點(diǎn)作多次錘擊，通過(guò)信號(hào)疊加，使異常體反射信號(hào)更加明顯?？朔吮óa(chǎn)生的高能量對(duì)周圍巖體產(chǎn)生擠壓、破壞現(xiàn)象，從而保證能接收到真實(shí)的地震波信號(hào)。2.工程概況新建鐵路大同到西安客運(yùn)專線站前6標(biāo)喬家山隧道為單洞雙線隧道,全長(zhǎng)6510m。全隧按新奧法設(shè)計(jì)及施工，地形地貌具體表現(xiàn)為低中山丘陵，地勢(shì)起伏很大，沖溝發(fā)育，有水。隧道表覆第四系上更新統(tǒng)洪積層新黃土：淺黃色，堅(jiān)硬～硬塑，局部汗沙礫石層，呈透鏡狀；第三系保德組礫巖、粉質(zhì)黏土和卵石土互層、粉質(zhì)黏土夾細(xì)砂薄層，局部礫巖層較厚，呈松散結(jié)構(gòu)；下伏馬家溝組泥灰?guī)r。依據(jù)物探資料判釋，隧址發(fā)現(xiàn)有斷裂構(gòu)造。隧道中部洞身附近有第三系新統(tǒng)粉質(zhì)黏土，具有弱膨脹性，遇水崩解；隧道出口附近有第四系新黃土，具有濕陷性，遇水崩解。地下水類型主要為第四系、第三系空襲潛水。主要賦存于溝谷或山坡、山梁上松散堆積物中。全隧道均有分布，對(duì)隧道施工影響較大。第四系孔隙潛水量受季節(jié)性影響較大，雨季水量較大，干旱季水量較少。本隧道均為Ⅴ級(jí)圍巖。3.TRT6000原理3.1設(shè)計(jì)原理地震波反射探測(cè)的方法很早就已經(jīng)在土木工程和采礦作業(yè)等許多方面得到利用。這種技術(shù)的原理在于當(dāng)?shù)卣鸩ㄓ龅铰晫W(xué)阻抗差異（密度和波速的乘積）界面時(shí)，一部分信號(hào)被反射回來(lái)，一部分信號(hào)透射進(jìn)入前方介質(zhì)．聲學(xué)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(hào)被高靈敏地震信號(hào)傳感器接收，通過(guò)分析，被用來(lái)了解隧道工作面前方地質(zhì)體的性質(zhì)（軟弱帶、破碎帶、斷層、含水等），位置及規(guī)模。正常入射到邊界的反射系數(shù)計(jì)算公式如下：假設(shè)R為反射系數(shù)，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)傳播到一個(gè)高阻抗物質(zhì)時(shí)，反射系數(shù)是正的；反之，反射系數(shù)是負(fù)的。因此，當(dāng)?shù)卣鸩◤能洿謳r傳播到硬的白云石時(shí)，回波的偏轉(zhuǎn)極性和波源是一致的。當(dāng)巖體內(nèi)部有破裂帶時(shí)，回波的極性會(huì)反轉(zhuǎn)。反射體的尺寸越大，聲學(xué)阻抗差別越大，回波就越明顯，越容易探測(cè)到。3.2接收原理（見(jiàn)圖1）圖1TRT6000接收原理4.TRT6000優(yōu)越性

TRT6000勘測(cè)成本低，操作簡(jiǎn)單，結(jié)果準(zhǔn)確、全面、直觀，代表隧道超前預(yù)報(bào)領(lǐng)域最新領(lǐng)先的技術(shù)，是隧道超前預(yù)報(bào)系統(tǒng)發(fā)展的方向,表現(xiàn)在如下幾個(gè)方面:4.1TRT6000超前預(yù)報(bào)使用錘擊作為震源，可重復(fù)利用，不需要耗材，而使用炸藥爆炸作為震源，每次需要相當(dāng)費(fèi)用。4.2使用錘擊作為震源，可在同一點(diǎn)作多次錘擊，通過(guò)信號(hào)疊加，使異常體反射信號(hào)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(duì)周圍巖體產(chǎn)生擠壓、破壞現(xiàn)象，從而保證能接收到真實(shí)的地震波信號(hào)。4.4由人控制錘擊產(chǎn)生地震波、可簡(jiǎn)單重復(fù)，操作簡(jiǎn)單，而爆炸產(chǎn)生地震波時(shí)高頻信號(hào)迅速衰減，對(duì)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(hào)，提高了精度及探測(cè)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(wú)線連接，大大簡(jiǎn)化了裝備（只有兩個(gè)箱子，尺寸見(jiàn)設(shè)備配置），兩個(gè)箱子的重量?jī)H為29Kg，攜帶方便。4.7TRT6000的傳感器布點(diǎn)（如圖）采用立體布點(diǎn)方式，在隧道兩邊分別布置４個(gè)傳感器，然后在隧道頂上布置兩個(gè)傳感器，從而獲得真實(shí)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(gè)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(shí)對(duì)于大角度斜交隧道的裂隙可能沒(méi)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(gè)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(jìn)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(yuǎn)距離的第二或第三裂隙（尤其是充氣裂隙）。對(duì)于斜交隧道（由其是大角度斜交隧道）的裂隙可能沒(méi)有反映。對(duì)于所描繪的傾斜裂隙，會(huì)低估它們的距離。5.施工要點(diǎn)5.1操作要點(diǎn)5.1.1錘擊點(diǎn)和傳感器模塊點(diǎn)的確定5.1.1.1錘擊點(diǎn)（如圖7），距離掌子面1-2米，選擇初支強(qiáng)度符合要求位置，必須避開(kāi)拱架，縱向三個(gè)點(diǎn)布置，相隔0.5米，掌子面方向退后2米第二排布置與第一排要求相同，左右邊墻布置相同。5.1.1.2第二排錘擊點(diǎn)退后10-20米為傳感器安裝點(diǎn)（如圖2、圖3）。傳感器安裝點(diǎn)第一排為A2、A3，距離隧道地面1.5米-2米，左右邊墻對(duì)稱；第二排A4、A6距離隧道地面0.5米-1米，保證與A2、A3不在同一橫向直線上，A5安裝在隧道拱頂，與A4、A6在縱向同一平面；第三排A7、A8與第一排A2、A3布置相同，第四排A9、A10、A11與第二排A4、A5、A6布置相同。5.1.1.3傳感器模塊安裝點(diǎn)必須避開(kāi)拱架安裝在初支表面，且在安裝點(diǎn)確定后，需將安裝點(diǎn)用錘子砸平，保證模塊粘貼后與初支完全貼近，才能準(zhǔn)確接收信號(hào)。5.1.1.4傳感器模塊點(diǎn)粘貼需將接線方向與掌子面前進(jìn)方向相反，且要求待速凝劑完全凝固后方可錘擊。5.1.2錘擊指定位置采集信號(hào)5.1.2.1打開(kāi)電腦，連通儀器，調(diào)試接收軟件，保證接收軟件中A1-A11全部為綠燈（A1為接收基站模塊），錘擊墻壁進(jìn)行測(cè)試，保證錘頭上的觸發(fā)器和所有模塊均正常工作，按要求每個(gè)錘擊點(diǎn)錘擊3次，接收信號(hào)，并記錄信號(hào)編號(hào)。5.1.2.2保證錘擊所用大錘在8kg左右，大錘太大工人錘不動(dòng)，觸發(fā)器不能觸發(fā)；大錘太小所發(fā)出的地震波太弱，影響檢測(cè)距離。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5.1.2.3盡量控制大型機(jī)具設(shè)備的工作，使現(xiàn)場(chǎng)保持安靜，避免產(chǎn)生地震波雜波，影響檢測(cè)結(jié)果。5.1.3確定隧道形狀及開(kāi)挖尺寸確定隧道形狀及開(kāi)挖尺寸，輸入數(shù)據(jù)預(yù)處理軟件，再將錘擊點(diǎn)和傳感器模塊安裝點(diǎn)坐標(biāo)輸入，在電腦中模擬出隧道三維立體圖形，為后續(xù)軟件分析做準(zhǔn)備。注意測(cè)量出錘擊點(diǎn)和傳感器模塊安裝點(diǎn)坐標(biāo)后，需計(jì)算出掌子面中心點(diǎn)坐標(biāo)和傳感器最后一排所在斷面中心點(diǎn)坐標(biāo)，用這兩點(diǎn)確定出隧道中心線，才能正確顯示隧道三維立體圖形。5.1.4后處理軟件數(shù)據(jù)分析5.1.4.1數(shù)據(jù)處理流程圖（見(jiàn)圖4）下載地震波數(shù)據(jù)和震源、傳感器位置的坐標(biāo)下載地震波數(shù)據(jù)和震源、傳感器位置的坐標(biāo)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(dá)波，計(jì)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(guò)濾參數(shù)分析在巖層中探測(cè)到的異常立體圖立體圖形成設(shè)定背景（比例、顏色代碼）來(lái)顯示結(jié)果形成報(bào)告圖4數(shù)據(jù)處理流程圖5.1.4.2將預(yù)處理軟件中整理好的地震波數(shù)據(jù)、震源和傳感器位置的坐標(biāo)下載到后處理軟件中，預(yù)處理軟件的作用在于數(shù)據(jù)的整合與簡(jiǎn)單處理，并將預(yù)判出各數(shù)據(jù)之間的對(duì)應(yīng)吻合情況，防止在后處理軟件中將數(shù)據(jù)處理的最后出現(xiàn)錯(cuò)誤，耽誤時(shí)間。5.1.4.3數(shù)據(jù)下載完成后，設(shè)定地層成像區(qū)域和最佳精度的大小。一般情況下，設(shè)定地層成像區(qū)域的大小為隧道中心線為中心半徑20米范圍內(nèi)的地層情況，也可以根據(jù)不同現(xiàn)場(chǎng)情況設(shè)定更大，以方便分析。精度的大小根據(jù)圍巖的情況不同而設(shè)置，一般選取經(jīng)驗(yàn)值，也可根據(jù)不同地質(zhì)情況而改變。5.1.4.4設(shè)定濾波器，提取直達(dá)波，計(jì)算平均波速。這是真?zhèn)€后處理軟件的核心處理工作，一般采用手動(dòng)，根據(jù)平時(shí)的經(jīng)驗(yàn)設(shè)定濾波器，依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的情況和數(shù)據(jù)接收情況提取直達(dá)波，直達(dá)波提取的好壞，直接影響結(jié)果的分析，需要經(jīng)驗(yàn)的積累，細(xì)心的分析。波速的計(jì)算為軟件的三維成像提供前提。5.1.4.5構(gòu)建地震波波速模型。根據(jù)平均波速和直達(dá)波提取后顯示的反射點(diǎn)位置，計(jì)算出波速的上限和下限，構(gòu)建地震波波速模型，為三維成像劃定區(qū)域。5.1.4.6為數(shù)據(jù)處理設(shè)定過(guò)濾參數(shù)。以上步驟完成后，我們可以預(yù)覽檢測(cè)結(jié)果的三維成像，這是在計(jì)算機(jī)默認(rèn)的過(guò)濾參數(shù)的基礎(chǔ)上，未必會(huì)顯示出應(yīng)有的反射結(jié)果，需要經(jīng)過(guò)不斷的調(diào)整，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)和地質(zhì)資料選擇出最佳的過(guò)濾參數(shù)，顯示三維結(jié)果圖。5.1.4.7設(shè)定背景主要是根據(jù)習(xí)慣，設(shè)定明顯的對(duì)比顏色、最佳的視覺(jué)比例。5.1.4.8分析在巖層中探測(cè)到的異常立體圖，這是結(jié)果分析重要步驟，需要分析者有足夠的現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)和專業(yè)地質(zhì)知識(shí)，最好分析者親自參與現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，研究掌子面圍巖情況，并根據(jù)地質(zhì)資料和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行分析。最后形成報(bào)告。5.2施工注意事項(xiàng)5.2.1注意施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，盡量在信號(hào)接收時(shí)停止現(xiàn)場(chǎng)大型機(jī)具設(shè)備的運(yùn)行，減少震動(dòng)干擾。5.2.2注意錘擊點(diǎn)和傳感器模塊安裝點(diǎn)布置，一定要避開(kāi)鋼拱架，布置在與隧道圍巖接觸的初支面上，減少信號(hào)接收的干擾。5.2.2錘擊點(diǎn)的初支強(qiáng)度需要得到保證，不能布置在新噴射的初支表面，影響震源。5.2.3注意調(diào)試儀器，保證儀器一切正常的情況下進(jìn)行檢測(cè)。5.3TRT6000超前地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)（見(jiàn)表1）。表1TRT6000超前地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)項(xiàng)次項(xiàng)目?jī)?nèi)容1接收器端口9個(gè)2記錄通道24個(gè)3采樣間隔31，64，125，250，500，1000，或2000μs4記錄帶寬40～15000Hg5模數(shù)轉(zhuǎn)換32位6記錄長(zhǎng)度16000采樣數(shù)數(shù)每通道7頻率范圍10Hg—750000Hgg8測(cè)量精度最好10cm9低頻過(guò)濾25，35，50，70，100，140，200，280，400HHg10高頻過(guò)濾250，500，1000Hg（降低風(fēng)噪噪）11延遲0～9999ms，每每毫秒每毫秒秒調(diào)節(jié)12工作電壓直流12伏13溫度范圍存放環(huán)境溫度-1100—＋60014相對(duì)濕度30-90%15電源外接電源90-2240伏交流流，50/600Hg16探測(cè)距離軟巖一般150米米硬巖一般300米6.應(yīng)用實(shí)例新建鐵路大同到西安客運(yùn)專線站前6標(biāo)喬家山隧道2號(hào)斜井，應(yīng)用TRT6000超前地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)進(jìn)行信號(hào)采集和結(jié)果分析。分析結(jié)果的地質(zhì)三維圖中的顏色代表了不同巖體間的波阻抗的差別，當(dāng)?shù)卣鸩◤能洿謳r傳播到硬巖時(shí)，回波的偏轉(zhuǎn)極性和波源是一致的。當(dāng)巖體內(nèi)部有破裂帶時(shí)，回波的極性會(huì)反轉(zhuǎn)。反射體的尺寸越大，聲學(xué)阻抗差別越大。成果解譯就是把波阻抗的分布、形態(tài)等特征和代表的可能的地質(zhì)異常情況對(duì)應(yīng)起來(lái)。經(jīng)分析，喬家山2#斜井里程2斜6+76～6+56段從俯視圖上看，兩側(cè)有明顯的錯(cuò)斷現(xiàn)象，可初步判譯為斷層帶，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)挖驗(yàn)證，確實(shí)有一條斷層構(gòu)造帶存在，圍巖節(jié)理、裂隙特別發(fā)育，結(jié)構(gòu)松散，開(kāi)挖時(shí)掉塊?，F(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員根據(jù)報(bào)告提示，提前做好準(zhǔn)備，超前支護(hù)施做及時(shí)，初期支護(hù)快速、準(zhǔn)確；安全快速的通過(guò)了此構(gòu)造破碎帶，保證了施工安全，確保了施工進(jìn)度與質(zhì)量。7結(jié)束語(yǔ)通過(guò)該系統(tǒng)的應(yīng)用，減少隧道施工過(guò)程中的盲目性，避免隧道施工過(guò)程中可能誘發(fā)的重大的不良地質(zhì)或?yàn)?zāi)害地質(zhì)的發(fā)生，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)預(yù)報(bào)結(jié)果，實(shí)施動(dòng)態(tài)信息的施工方法，及時(shí)調(diào)整或修正圍巖分級(jí)、設(shè)計(jì)參數(shù)及施工方法，正確指導(dǎo)施工，使施工快速、安全、經(jīng)濟(jì)、合理。同時(shí)，