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TST隧道地质超前预报系统近几年，隧道建设飞速发展，但由于隧道深埋于地下，工程地质条件和水文地质条件复杂多变，而目前地质勘察工作又受技术和水平所限，期望在施工前查明隧道围岩的状态、特性，特别是要准确地预测隧道施工中可能发生的地质灾害的位置、规模和性质是十分困难的，而由于地质灾害体的存在，仅依靠施工揭露再行处理的办法，带有很大的盲目性，常常发生各种突发事故，造成投资增加、人员和施工设备伤害、工期延误等诸多问题，因此，在隧道施工过程中，对掌子面前方的地质条件和可能的地质灾害进行超前地质预报，识别和预测隧道掌子面前方及周围的工程地质、水文地质结构，提供准确的断裂带、含水带及岩体工程类别等地质参数，能有效地避免工程地质病害、减少处治费用、确保施工安全和进度，节约成本。目前隧道地质超前预报有多种方法，采用科学的、先进的隧道地质预报方法来准确地预报隧道开挖工作面前方岩体及其状态，一直是国内外隧道和地质工作的重要研究课题。目前隧道地质超前预报方法目前国内外应用的隧道地质超前预报方法有陆地声纳、负视速度法、HSP水平剖面方法、TSP203、TGP206、TRT、TST等，都属于地震法超前预报技术，以地震反射或散射理论为基础，通过隧道内的地震观测反演掌子面前方的地质情况。（1）TST隧道地质超前预报法TST（即Tunnel Seismic Tomography的英文缩写）是利用地震散射原理和偏移成像技术开发的用于隧道地质超前预报的新方法。建立在地震散射理论基础上，检波器布置在隧道两侧，接收来自四面八方的散射波，利用方向滤波和三维滤波技术，滤除其它杂波，只保留掌子面前方回波，利用速度扫描和偏移成像直观显示缺陷构造。特点：TST技术采用空间阵列观测方式，使用独有的二维方向滤波技术滤除上下、左右地层的反射，有效地提取出前方地震回波用于超前预报，避免了虚报误报。采用速度扫描技术有效地解决了掌子面前方围岩速度的分布问题，提高了构造定位的精度；能成功解决复杂地质条件下的地质超前预报问题。避免了目前一些超前预报技术存在的不能区分不同方向回波、不能准确确定掌子面前方围岩波速而导致虚报误报的技术缺陷。可应用于钻爆与盾构/TBM掘进的铁路、公路、水利水电、矿山及城建中的隧道与地下工程。预报地质构造、含水带、岩溶、含瓦斯构造、采空区及岩爆地段。预报距离为100米到200米。 （2）负视速度法该方法的观测是垂直剖面法，在隧道侧壁打孔布置检波器和炮点，检波器和炮点在一条平行隧道轴线的直线上，利用直达波估计岩体波速，利用反射波走时曲线与直达波走时曲线的交点推测前方反射界面的位置。仅适合简单的地质条件、规模较大的地质体的预报，对于构造复杂地质条件难于应用。该方法不能确定掌子面前方围岩的波速，不能区分回波的不同方向，也不能运用波的动力学信息，属于初级预报技术。(3)HSP 水平剖面方法水平地震剖面法（HSP）的激发点和接收点布置在隧道两侧。在隧道的一个侧壁上规则设置检波点，另一侧壁上规则布置炮点，根据接收到的反射信号，确定前方不良地质体的位置。资料处理时先对记录进行抽道，按等时程原则进行重排，然后利用重排后记录的线性同相轴，确定反射界面的位置。该方法有一定的直观性，能确定主要反射界面。水平剖面法观测系统的横向展布较大，可进行速度分析，但是等时程资料处理方法本身不能分析速度，无法精确地确度定断层的位置。在西南铁路系统中有一定应用，在台湾和日本也有一些应用实例。该方法难于区分回波的不同路径，不能滤除干扰波，难于确定围岩波速，也不能运用波的动力学信息。(4)TSP（Tunnel Seismic Prediction）超前预报方法由瑞士Amberg测量技术公司上世纪90年代初开发的用于隧道超前预报的技术。该方法90年代末引入中国，有TSP202、TSP203等型号，铁路系统引进数量较大，我国成为TSP的最大用户。TSP的观测是垂直剖面法，一个三分量检波器埋入隧道侧壁岩体中1-1.5m，炮点与检波器同侧，观测方式与负视速度法基本相同。该技术采用深度偏移成像方法，软件名称为TSPWIN，有11个自动处理步骤。应用案例NJ引水隧道利用TBM和钻爆法进行隧道开挖，采用TST隧道地质超前预报技术对TBM施工前方100m的地质情况进行探测。下图上部为偏移图像，图中红色条纹表示岩层坚硬，蓝色条纹表示岩层变软；蓝红条纹交替出现，为破碎带或断裂构造。下图中部为围岩波速图像，高速波区对应岩层结构完整，低速波区为构造发育。下图下部为地质解释。（图册）煤矿灾害探测系统煤矿生产时一个危险行业，它属于隐蔽工程，处于地下深部，煤矿开采巷道地质环境复杂，严重受到水（透水事故）、火、煤尘、瓦斯、顶板等五大自然灾害的威胁。一旦发生事故，往往造成群死群伤的后果，经济损失无法弥补。由此可见，煤矿安全的重要性，必须引起各方面的警觉，尤其是熟悉煤矿地质环境，避免突发性事故发生。我国煤矿水文地质条件较为复杂，煤矿突水、透水事故成为煤矿安全生产的主要威胁之一。瓦斯爆炸是另一个危害煤矿生产安全的问题。在煤矿开采过程中，需要先探明煤矿井下掌子面前方存在的含水带、瓦斯蕴藏区和断层等地质灾害。可增强煤矿开采的计划性和对事故隐患的预见性，可以大幅度减少煤矿挖掘中的意外险情。煤矿灾害探测系统TST煤矿探测技术同度TST煤矿灾害地质超前预报系统为本安型防爆设计，已取得中国防爆证和德国防爆证 。用于探测煤矿断层、破碎带、岩溶陷落柱、采空区等地质对象，预报瓦斯与地下水突出部位 。预报方位为巷道前方，巷道侧向，巷道间。对避免灾害事故的发生具有指导作用。特点：建立在逆散射成像原理基础上的超前预报技术，与传统的反射地震技术相比具有更高的分辨率。同时运用了地震波的运动学和动力学信息，不但可精确确定地质构造的位置，同时还可以获得围岩力学性状的空间变化； 结合地质信息可以找到含水带和瓦斯蕴藏区。国内外唯一实现围岩波速精确分析的超前预报技术。保证了地质构造定位的精确性；采用独特的观测方式，保证观测数据同时满足围岩波速分析、三维波场分离和方向滤波的需要。 仪器通过中国煤矿防爆检测安全证明和欧洲煤矿安全检测证明。应用案例（图册）桥梁CT实践证明，混凝土结构的任何损伤与破坏，一般都是首先在混凝土中出现裂缝，裂缝是反映混凝土结构病害的晴雨表。所以，对混凝土结构的损伤检测，首先应从对结构的裂缝调查、检测基分析入手。混凝土出现裂缝的原因很多。温度变化所致。当混凝土内外环境温度发生变化时，其本身热胀冷缩的特性会导致一定量的变形发生，但如果该变形受到限制，则会在结构内部出现相应的应力，而该应力一旦超出本身的抗压强度则会导致裂缝的出现。混凝土收缩所致。浇筑后的混凝土将会自外表向内部出现一个逐步干燥的过程，该干燥过程会在混凝土内部产生一定的含水量并呈现桥梁混凝土内部收缩小、表面收缩大的不均匀的收缩状况，即在混凝土表面承受拉应力而在内部则承受压应力，当混凝土表面所承受的拉力超过其抗拉强度则会导致混凝土表面出现收缩裂缝。钢筋锈蚀裂缝。施工后的混凝土质量不高或保护层厚度不足则易出现钢筋被二氧化碳等腐蚀现象，该腐蚀现象在很大程度上降低了混凝土的碱度，致使钢筋表层被混凝土内的水及氧气腐蚀而在其周围出现一定压力，严重后则会导致保护层剥落甚至开裂，并会沿着钢筋走向出现裂缝，同时钢筋锈蚀所产生的铁锈渗透入混凝土会在一定程度上减少构件的有效界面积而在一定程度上降低了钢筋和混凝土之间的握裹力，因此在降低构件承载力的同时也会导致构件出现裂缝。 材料因素。桥梁混凝土施工所用的材料主要为骨料、水泥和水以及各种掺加剂若所采用的某种材料质量不合格均可导致最终拌和物质量不合格，而在其投入运营后在环境和外部荷载的影响下均会导致裂缝的生成，诸如拌和物内细骨料超标则会导致在混凝土干燥时出现网状裂缝，而级配不合理则会增加侧向裂缝的生成几率，施工用水或外加剂内杂质含量过高则会出现一定的钢筋腐蚀现象最终导致裂缝的生成。混凝土桥梁中的混凝土强度关系到桥梁的牢固性，混凝土表面出现裂缝，需要探测查明混凝土内部结构，包括混凝土强度和密实度分布、结构缺陷。对损伤的原因和程度应该进行分析，损伤对结构承载能力及耐久性的影响进行评估。混凝土强度检测方法桥梁CT原理 混凝土的声波速度可以作为评价混凝土抗压强度与密实度的定量指标。混凝土的波速与混凝土抗压强度有正相关关系，已被大量理论研究和测试对比数据证明了。BCT基于此原理，可用在建桥梁的质量控制和运行桥梁的病害诊断，检测的分辨率可达分米级，可确定低强度的部位范围、程度，为病害整治和施工质量控制、工艺改进提供依据。下图为典型的BCT结果：图中红色为波速大于4.5km/s的高波速区，表示强度高（大于C55）、密实性好；黄色区为波速4.0km/s4.5km/s的中高波速区，表示强度较高（C50C55），较密实；蓝色区为波速 3.0km/s-4.0km/s的中低波速区，表示强度较低（C40C50）,密实性较差；深蓝色区为波速小于3.0km/s的低波速区，表示强度低（小于C40）、不密实，质量有问题。观测方式(图册)1. 将三维结构分解为二维结构 将箱梁和T梁分解成顶板、底板、腹板2. 将二维结构划分成有限单元体组合3. 用有限单元体的速度表示二维结构速度分布4. 将二维结果拼合成三维结构图像特点混凝土/土石结构CT具有图像直观、分辨率高、可靠性好的特点，其结果可直接用于桥梁质量评价、有限元计算和承载力检算。案例 东营钻井平台陆海桥盖梁遭到船舶碰撞，导致外部出现裂缝，需检测内部强度，先采用BCT法进行检测。（图册）BWG孔道压浆质量检测仪加强对桥梁施工质量的过程控制，消除施工过程中的质量缺陷 预应力管道又称波纹管，其压浆密实性好坏对桥梁的耐久性具有重要影响，据统计，由于压浆不密实导致预应力管道内钢绞线锈蚀，预应力提前丧失，可造成桥梁实际寿命缩短至设计寿命的十分之一。目前在美国，公路桥梁大约有57万座，其中约13万座有缺陷。平均开始出现问题的年限是25年。在我国截止到2002年，各种桥梁总和约有28万座其中，危桥约有9597座，它们平均开始出现问题的年限是7年。 如何保证新桥的施工质量，如何对新桥进行技术把关，对现存的桥进行质量评价，对危桥进行检测、评定、加固已成为一项重要任务。 混凝土桥梁损伤表现形式多样，如预应力损失、混凝土破损开裂、钢筋锈蚀、支座脱空等，这些损伤导致了混凝土桥梁整体刚度和承载力的下降，是引起桥梁病害的重要原因。 为了加强对桥梁施工质量的过程控制，消除施工过程中的质量缺陷，对预应力桥梁的预应力管道（波纹管）的注浆质量检测，是确保桥梁施工质量达到设计要求和合理受力状态的一个重要控制环节。预应力桥梁的钢绞线要充分发挥设计效果，抵消车辆和行人对桥面的压力，预应力管道的注浆质量效果是最重要因素之一。达到设计要求的注浆质量可以使预应力钢绞线充分发挥作用；存在注浆质量缺陷时会出现锚头应力集中和随时间推移的预应力损失现象，且会改变梁体的设计受力状态，降低桥的承载力，从而影响桥梁的使用寿命。因此预应力管道的注浆质量检测是保证桥梁施工质量的重要措施。 常用检测方法1.散射追踪法检测方式： 是在波纹管(TD-BWG）侧面粘贴检波器，联合所有检波器的信号进行缺陷成像，一般可以粘贴16或32只检波器，分段追踪。 在梁侧布置检波器适用范围： 适用于所有的预应力桥梁包括现浇梁和预制梁，检测的波纹管的长度没有限制。 特点： 是一种精细的检测方法，可以去掉由结构产生的散射异常，仅保留真正的注浆缺陷。1 预应力孔道压浆检测结果2.两端法检测方式： 是在波纹管两端粘贴检波器，一般是两只检波器，只能接受到达波纹管两端的缺陷信号。 适用范围： 适用于10米左右的预应力预制梁。工程案例PST成桥桩病害检测桩基在我国基础建设中占有重要位置，在住宅、高层建筑、桥梁、进海路等工程中被大量采用。桩基工程属隐蔽工程，桩基质量及完整性直接关系到建筑安全问题，桩基检测成为桩基工程的重要工程。据统计，桩基施工中桩身出现质量缺陷的概率达20%。目前，我国每年的用桩量约百万根而桩基的造价较高，通常占工程总造价的四分之一以上。因此，如何在施工中控制桩基施工质量确保桩径、桩长、承载力、入土深度、桩型、材质、进入相应的持力层，充分发挥桩基础的效益，是十分必要的。同时，中国已建桥梁和道路的桩基也需要检测埋藏部位的质量，查找缺陷大小等，目前几种传统方法都无法检测有盖梁的桩基，北京同度新开发的PST成桥桩检测技术是专门用于具有上部结构的成桥桩和板墙桩的质量检测。桩基质量检测方法桩基质量检测方法有PST成桥桩检测、小应变、声波透射法等。PST成桥桩检测法把桩与周围土壤复合为一个弹性体。当在桩侧面施加一机械力F(t)时,在桩中会产生轴对称压缩振动和剪切弯曲振动两种方式，当波在装慎重传播时，遇到断裂等缺陷儿形成波阻抗界面，安置在侧面的检波器会接收到直达波、盖梁上下界面的反射波、结构与缺陷的的反射波和上行波与下行波波组等，通过对接收的波的波形区分、振幅、频率等分析，来确定成桥桩的缺陷位置，判断桩身质量。使用范围：具有上部结构的成桥桩和板墙桩的质量检测，也可用于普通桩基检测，确定桩基完整性和缺陷位置，确定桩的长度。可用于海路成桥桩。检测方式：接收：16道检波器(拖缆) ，道间距25cm；发射：一个敲击点，最小偏移距50cm；为分辨波组内的不同波，激发点应距盖梁至少1m以上。小应变法基桩一般都具有较大的长径比,可近似看作一维杆件。当在桩顶施加某一机械力F(t)时,桩身质点因受迫振动产生弹性波沿桩体向下传播，当波遇到桩身因存在断裂等缺陷而形成波阻抗界面时,产生波的反射,并被安置在桩顶的高灵敏度传感器接收,通过对接收的反射波波形、振幅、频率及平均波速等分析,综合判别桩基的结构完整性,确定缺陷部位和程度,从而对桩的质量做出综合评价。 适用范围：灌注桩、预制桩、预应力桩等，在桩顶检测。接收下部反射波，判定桩基质量，不适用于成桥桩基检测，对有盖梁的桩基无法检测。声波透射法混凝土灌注桩超声检测法是在桩内预埋若干根平行于桩的纵轴的声测管道，将超声探头通过声测管直接伸人桩身混凝土内部进行逐点、逐段探测。其基本原理与上部结构构件的超声探伤原理相同，即根据超声脉冲穿越被测混凝土时传播时间、传播速度及能量的变化反映缺陷的存在，并估算混凝土的抗压强度和质量均匀性。但由于桩的混凝土灌注条件与上部结构的成型条件完全不同，尤其是水下灌注时差异更大、混凝土的配合比、灌注后的离析程度、声测管的平行度等许多因素，都会严重影响对缺陷的判断和对强度及均匀性的推算。 使用范围：有声测管道的混凝土灌注桩检测，对于有盖梁或冒顶的桩基无法检测。方法对比分析小应变检测时波场简单，只有激发直达波和下方的反射，从记录的反射波就可判断结构的缺陷。此时分辨率和定位精度较低。在VSP检测中，波场复杂，有下行波组和上行波组，每个波组中又包含不同的子波，类似小应变的处理技术已无能为力。桩基检测工程案例山东东营钻井平台进海路遭受船舶撞击，受到不同程度的损伤，有的出现裂缝，为确保道路安全，需要检测评价桥桩的损伤部位、桩身完整性，评价桩基质量，以便进行处理。采用PST成桥桩检测技术进行检测。（图册） 观测方式SSP地震散射剖面系统随着中国经济建设的发展，中国的民用建设得到飞速发展。道路建设、铁路隧道建设、大型房屋建设、桥梁建设、机场、水坝和核电站等高标准工程建设项目日益增多，施工前场地安全勘查，可以确保建设安全性。场地勘查包括城市道路下方的岩溶、空洞等地质病害体，煤矿开采时地下采空区，桥梁建设时地下空洞等。浅层场地勘探方法SSP地震散射法原理：SSP建立在非均匀介质模型和地震散射理论基础之上。在地震波的激励下，地下岩性、地质构造、采空区、岩溶等波阻抗变化界面就成为被动源，向周围发射散射波，散射波传到地面被接收记录下来。根据记录到的散射波运动学和动力学信息，采用合成孔径偏移成像技术，就可重建产生散射波的地质结构的精细图像。 特点：具有图像直观、分辨率高、可靠性好的特点，特别适合煤矿采空区、岩溶、边坡等场地的探测。针对山区复杂地质条件，采用离散地质模型，能同时确定连续与断续界面、孤立地质体的位置以及介质波速的分布。清晰展现剖面内地质结构与构造形态。传统地震反射法原理：建立在地反射射理论上，在地震波的激励下，遇到波阻抗界面产生反射，接收到反射波，分析反射波的波形、振幅、频率等，可确定采空区、岩溶、断裂等地质构造位置。SSP与浅层地震（反射法）的对比地震反射法SSP地震散射理论基础地震反射理论，适合分层均匀地质模型地震散射理论。反射仅是界面尺度较大时的散射。散射包含大界面反射和小尺度散射。适合非均匀地质模型。研究对象反射界面散射点及集合对地震记录的理解地震记录是中心点界面反射波的叠加地震记录是所有散射点散射波的叠加主要数据处理技术速度谱分析，CDP/CMP叠加，时间域剖面方向滤波，速度扫描，散射点聚焦的合成孔径成像，空间域剖面适用范围横向变化远小于垂向变化、界面尺度大于波长场合。常规地质勘查地质结构在垂向和横向上具有剧烈变化的场合，异常体可小于三分之一波长，精细地质勘查横向分辨率分辨率低于一个波长分辨率优于三分之一波长场地勘探案例水塘隧道位于煤系地层发育区，煤矿采空区分散，地质条件复杂。隧道埋深60m，出口段见多出地表塌陷，煤系地层及采空区对隧道工程的质量和施工安全具有严重影响。采用SSP地震散射剖面技术进行地震勘查，查明隧道出口段煤系地层、采空区的分布。(图册) RDcan道路隐患扫描仪城市道路频繁塌陷今年8月9日至17日，哈尔滨城区道路发生7次塌陷事故，导致2死2伤，2车坠坑，经当地有关部门初步分析造成2死2伤的辽阳街90号区域塌陷的原因主要是，前期连续几场降雨造成土质沉降，致使老旧的排污管线断裂，将上世纪六七十年代修建的人防猫耳洞端口冲塌，泥沙灌入人防工程洞体，最终导致路面塌陷。近年来在很多城市，塌陷似乎越来越多地出现，而且突如其来、猝不及防。2010年11月21日凌晨，北京市西三环新兴桥北主路发生路面塌陷事故，形成4m深的大坑，造成一辆大货车陷入，并引发交通堵塞。2010年11月5日，张家口市建国路发生路面塌陷事故；等等事故，这些事故对城市的影响不仅限于它所带来的路面塌陷带来的交通不便，往往伴随着各种通讯、洪水、输气及电力等基础设施的损坏和中断，影响面很大。因此查城市道路塌陷原因迫在眉睫。城市道路塌陷原因分析城市道路塌陷原因，主要包括以下几个方面：一， 道路下方管线或井室破损。管线或井室破损往往造成其周边的土体沿管线或井室搬运，形成道路下方脱孔甚至空洞，尤其是雨、污水管线及雨、污水井等内部有水流流动的管线和井室。在水流的作用下，土体的搬运作用更是明显加剧和速度加快，引起的病害更为严重，导致道路塌陷。城市排水系统的低效导致积水下渗，造成路面下土质疏松甚至空洞；二， 道路建在岩溶塌陷区，由于道路的建立和道路车辆荷载而导致岩溶平衡被破坏而塌陷；三， 在城市和矿区，由于供水或矿床开采要抽排大量地下水，形成大面积的采空区，在雨季由于降水量的增大而导致覆盖层受到潜蚀而发生塌陷；四， 城市地铁施工和电力隧道、热力隧道及地下建筑等大型工程（包括顶管、浅埋暗挖及地下隧道盾构）的施工，对道路下方周边的土体扰动极大，形成松动圈，容易引起道路下方疏松、脱空甚至空洞等病害。面对频繁出现的地陷