TRT层析扫描成像预报系统的应用

1、40文章编号:1672-7479(2009)02-0040-03铁 道 勘 察2009年第2期TRT层析扫描成像预报系统的应用闫高翔(中铁隧道勘测设计院有限公司,河南洛阳 471009)ApplicationofForecastingSystemthroughTRTTomographyYanGaoxiang摘 要 以南疆铁路中天山隧道的超前地质预测为例,介绍了TRT(TunnelReflectorTomography)层析扫描成像预报系统的基本原理,现场数据采集、分析的基本方法。作为一种新型的地质预测预报方法,TRT采用无线连接,轻便简捷,对施工干扰小,相比传统的速度传感器灵敏度更高,提高了探

2、测精度和探测距离。关键词 TRT层析扫描成像预报系统 地质预测预报 灵敏度中图分类号:P63113 文献标识码:B为确保复杂地质条件下隧道的安全快速施工,隧道地质超前预报技术与手段有了长足的发展,特别是物探手段越来越多样化。目前应用比较广泛的有地质雷达法、红外探水法、陆地声纳法、TSP地震波法、高密度电法等。各种物探方法都具有一定的适用性与局限性,这些手段的采用并没能完全解决目前隧道施工中所遇到的地质问题,因而丰富和发展目前的预报探测手段,提高超前地质预报水平成了一个紧要的课题。Q2V2-Q1V12V2+Q1V1R=假设R为反射系数,Q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

3、低阻抗物质传播到一个高阻抗物质时,反射系数是正的;反之,反射系数是负的。因此,当地震波从软岩传播到硬岩时,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。1 TRT层析扫描成像预报系统基本原理111 地震波反射基本原理TRT的基本原理是地震波反射原理,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体均一性发生变化的地段,如岩层界面或岩体内不连续界面处。反射的地震信号被高灵敏地震信号传感器接收,通过分析处理,可判定隧道工作面前方

4、地质体的性质(软弱带、破碎带、断层、含水等)、位置及规模。正常入射到边界的反射系数计算公式为收稿日期:2009-03-23作者简介:闫高翔(1968),男,1991年毕业于西南交通大学水文地质与工程地质专业,高级工程师。112 TRT数据分析及地质三维图生成原理以每个震源和地震信号传感器组的位置为焦点,所有可能产生回波的反射体的位置可以确定一个椭球(如图1)。足够多数量的震源和地震信号传感器组对会形成众多个椭球,每个界面反射的地层位置可以由这些众多椭球的交汇区域所确定。实际上,反射边界每一点离散图像的计算包括由所有震源和地传感器组所对应的三维岩体空间中选定的区块,离散图像中各点值是由空间叠加所

5、有地震波形计算得来,每个波按比例地从震源经过三维岩体空间的区块到达地震信号传感器。2 TRT层析扫描成像预报系统探测过程TRT层析扫描成像预报系统的应用:闫高翔41到的异常的平面图和立体图(地质层析扫描成像图)。213 成果解译以数据分析获得的P、S波波速资料、地震波反射能量分布及地质层析扫描成像图为依据,结合地质勘测资料和现场揭示结果,对探测结果进行解译,并形成书面报告。3 应用实例图1 三维地质图的生成原理介绍TRT层析扫描成像预报系统在南疆铁路吐鲁番至库尔勒段二线SK2标中天山隧道中的应用。源激发装置(重锤或激震器)、传感器及无线远程数据传输模块、基站三大部分(如图2)。311 工程概况

6、南疆铁路吐库二线中天山特长隧道右线起讫里程为DyK141+573DyK164+040,全长221467km。隧道工程区分布沉积岩、火成岩、变质岩三大岩类,以及F2、F3、F4三条区域性大断层,地质条件十分复杂。出露地层岩性复杂多变,受多期构造的影响严重,主要为石炭系、泥盆系、志留系及上元古界软硬交互的浅变质岩,并伴有加里东及华力西两期侵入岩体,各断层带尚图2 地震波采集系统模型有构造岩分布。312 TRT在中天山隧道右线的应用图4为截取的一部分中天山隧道右线纵断面,DyK144+948DyK145+048段为片岩夹变质砂岩与英安岩接触带,节理裂隙发育,岩体较破碎,围岩级别为Ô级。21

7、1 数据采集根据不同的开挖断面,确定震源点与传感器的布置方式(如图3);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,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基站(笔记本电脑),完成地震波数据采集。图4 中天山隧道右线纵断面设计(局部截取)中天山隧道右线进口端为TBM施工,为保证隧道施工安全及TBM的机械安全,利用TRT在TBM掘进至片岩夹变质砂岩与英安岩接触带前(前次探测结果为DyK145+030前不会遇到片岩夹变质砂岩与英安岩接触带)再次进行了超前地质探测,探测段里程为DyK145+007DyK145+250段。本次TRT超前探测

8、的传感器采用了图3中TBM圆形断面的布置方式,为操作方便,我们将4、6、9、11号四个传感器布置在了与2、3、7、8号相同高度的相应,图3 马蹄形和TBM隧道地震信号传感器组列212 数据分析下载地震波数据,搜集震源及传感器的位置坐标;设定地层成像区域和最佳精度;设定滤波器,选取每个记录的直达波,并计算地震波的平均波速;建立波速模;42铁 道 勘 察2009年第2期基站便可接收到10组数据(10个传感器接收),通过多次锤击,可起到信号叠加的作用,从而放大异常体的反射信号。待所有数据接收完毕,将各震源点及传感器的位置坐标输入处理软件,便可进行数据分析。本次数据处理成果如图5、图6、图7所示。进行

9、解译(如表1)。图6反射能量分布图5 P、S波波速根据分析获得的P、S波波速资料、地震波反射能量分布及地质层析扫描成像图为依据,结合地质勘测资料和现场揭示结果(片岩夹变质砂岩),对探测结果表1 TRT探测结果与实际开挖揭示对比隧道里程Dyk145+007Dyk145+200TRT探测解译结果无大型不良地质构造,岩性主要为片岩夹变质砂岩,节理裂隙较发育,岩体较完整,建议围岩级别为Ó级存在片岩夹变质砂岩与英安岩的不整合接触面,节理很发育,开挖时容易产生掉块甚至坍塌,注意采取防范措施,建议围岩级别为Ô级岩性为英安岩,岩体较完整但节理裂隙发育,开挖时易掉块,建议围岩级别为Ó

10、;级实际开挖揭示结果无不良地质构造,岩性为片岩夹变质砂岩,节理裂隙较发育,岩体较完整,围岩级别为Ó级无不良地质构造,岩性为片岩夹变质砂岩,DyK145+208DyK145+219段节理裂隙发育,主要由石英岩脉填充,节理与片理交叉切割,造成岩体较破碎致围岩掉块坍落,围岩级别为Ô级无不良地质构造,岩性为片岩夹变质砂岩,节理裂隙较发育,岩体较完整,围岩级别为Ó级图7 立体图DyK145+200DyK145+222DyK145+222DyK145+250对比结果表明,TRT能够较准确地探测隧道掌子面前方围岩的岩体完整性,对隧道安全施工具有一定的指导意义。过同一点的多次锤击

11、,可使信号叠加,使异常体的反射信号更加明显。(4)TRT预报系统采用高精度的加速计作为传感器,相比于传统的速度传感器(灵敏度为1v/g),灵敏度更高(015v/g),最大程度地保留了高频信号,提高了精度及探测距离。(5)虽然TRT层析扫描成像预报系统有以上优点,但也存在不少的缺陷,如:在介质条件差的地段进行超前探测,震源能量衰减较快、能量不足,探测距离及探测精度受限;同大多数探测手段一样,TRT对于地下水的探测精度也有待进一步提高。尽管TRT层析扫描成像预报系统还存在一定的不足,但作为一种新型的超前地质预报探测手段,无疑其对丰富目前的探测手段,提高超前地质预报水平具有重要的现实意义。在超前预报

12、工作中,如果能针对,4 结论(1)TRT预报系统的传感器和主机(基站)采用无线连接,整个系统非常轻便,而且安装和测试时对施工影响也较小。与其他传统预报手段相比较,具有轻便简捷、干扰施工小的优点。(2)TRT预报系统的探测方法采用的是空间多点接收(10个传感器)和激发(12个震源点),传感器和激发的震源点呈空间分布,获取的空间波场信息更丰富,不仅提高了不良地质体的定位精度,而且也实现了地质体的三维成像,预报结论更直观,反映更客观。(3)TRT预报系统采用锤击作为震源,同爆破等,线弹性地基反力法适用性研究:余 华43文章编号:1672-7479(2009)02-0043-03线弹性地基反力法适用性

13、研究余 华(西安铁路工程职工大学,陕西西安 710065)StudyonAdaptabilityofOppositePressureMethodforLinearElasticFoundationYuHua摘 要 通过ANSYS建立三维有限元模型和线弹性地基反力法计算模型,分别计算出水平受荷桩在不同模型下的计算结果,并进行对比,得出在荷载较大、桩周土体进入塑性区时,采用弹性地基反力法计算桩身受力和变形是不合适的;而在荷载较小、桩周土体处于弹性状态时,采用线弹性地基反力法计算出的桩身受力及变形情况与实际情况比较相符合。并根据实际应用情况,推荐使用m法计算地基反力。关键词 强夯土 横向荷载 桩 有限元中图分类号:U416 文献标识码:A1 三维有限元模型计算模型如图1所示。由于对称性,所以只取右侧一半模型进行数值分析计算。桩直径为018m,桩周土体的范围取10倍的桩半径,由于桩底土层对桩的水平承载力影响不大,所以桩底土层取1倍的桩长。桩顶与地面在同一水平面上,在对称面上对称约束,桩周土外侧约束x、y方向的位移,桩底土层最底部约束z方向位移。模型在桩)土接触面上设置接触对(如图2所示),选定桩身表面为刚性目标面,在其上覆盖收稿日期:2009-01-15作者简介:余 华(1981),女,2004年毕业于西南交通大学土木工程系,助教。图1 三维有限元模型探测手段的