R在黄土隧道中的应用

PAGE第9页共9页浅谈TRT6000在黄土隧道中应用技术摘要：本文文结合新建大大西铁路乔家家山隧道黄土土围岩超前预预报案例，详详细阐述TRT60000超前地质预预报系统适用用性、原理及及操作要点。根根据现场检测测实例，验证证其在黄土隧隧道中的实用用性。关键词：TRTT6000；超前地质质预报；三维维地质成像，黄黄土隧道应用用；Abstracct：Inthhispaaper,combiinedwwithttheneewDaxxiRaiilwaymounttainttunnellsurrroundiingroockgeeologiicalaadvancceforrecasttQiaoojiashhanlooessccase,elaboorateddTRT66000aadvanccegeoologiccalprredicttionssystemmsuittabiliity,pprinciipleaandopperatiionpooints..Accoordinggtoffieldtestexampples,toveerifytheppractiicabillityooftheeLoessstunnnel.Keyworrds：TRT60000；Advaanceggeologgicalforeccast；Loessstunnnelappplicaation1.前言针对长大复杂隧隧道，地质条条件勘察难度度大，其塌方方、涌水突泥泥等突发性地地质灾害将严严重危及施工工安全，开展展好隧道工程程超前地质预预测预报，做做到超前预判判，及时决策策处理突发性性地质灾害是是工程建设成成败的关键。超前地质预报做为隧道施工工序之一，越来越被列入业主及施工单位的主要控制项目。针对黄土隧道中，TSP203超前地质预报系统的局限性，引进TRT6000做为隧道的超前地质预报的物探检测仪器。TRT6000超前地质预报系统，采用高精度的加速计作为传感器，比其他仪器普遍使用的速度传感器灵敏度提高一倍。传感器布点采用立体布点方式，在隧道两边分别布置4个传感器，然后在隧道顶上布置两个传感器，从而获得真实的三维立体图，直观的再现了异常体的位置、形态、大小。可以从多角度观察缺陷，图像清晰，易于理解，从而更加轻松地进行缺陷诊断。该仪器使用锤击作为震源，可在同一点作多次锤击，通过信号叠加，使异常体反射信号更加明显。克服了爆炸产生的高能量对周围岩体产生挤压、破坏现象，从而保证能接收到真实的地震波信号。2.工程概况新建铁路大同到到西安客运专专线站前6标乔家山隧隧道为单洞双双线隧道,全长6510m。全隧按新新奥法设计及及施工，地形形地貌具体表表现为低中山山丘陵，地势势起伏很大，冲冲沟发育，有有水。隧道表表覆第四系上上更新统洪积积层新黄土：：浅黄色，坚坚硬～硬塑，局局部汗沙砾石石层，呈透镜镜状；第三系系保德组砾岩岩、粉质黏土土和卵石土互互层、粉质黏黏土夹细砂薄薄层，局部砾砾岩层较厚，呈呈松散结构；；下伏马家沟沟组泥灰岩。依依据物探资料料判释，隧址址发现有断裂裂构造。隧道道中部洞身附附近有第三系系新统粉质黏黏土，具有弱弱膨胀性，遇遇水崩解；隧隧道出口附近近有第四系新新黄土，具有有湿陷性，遇遇水崩解。地地下水类型主主要为第四系系、第三系空空袭潜水。主主要赋存于沟沟谷或山坡、山山梁上松散堆堆积物中。全全隧道均有分分布，对隧道道施工影响较较大。第四系系孔隙潜水量量受季节性影影响较大，雨雨季水量较大大，干旱季水水量较少。本本隧道均为Ⅴ级围岩。3.TRT60000原理3.1设计原理理地震波反射探测测的方法很早早就已经在土土木工程和采采矿作业等许许多方面得到到利用。这种种技术的原理理在于当地震震波遇到声学学阻抗差异（密密度和波速的的乘积）界面面时，一部分分信号被反射射回来，一部部分信号透射射进入前方介介质．声学阻阻抗的变化通通常发生在地地质岩层界面面或岩体内不不连续界面。反反射的地震信信号被高灵敏敏地震信号传传感器接收，通通过分析，被被用来了解隧隧道工作面前前方地质体的的性质（软弱弱带、破碎带带、断层、含含水等），位位置及规模。正正常入射到边边界的反射系系数计算公式式如下：假设R为反射系系数，为岩层层的密度，VV等于地震波波在岩层中的的传播速度。地地震波从一种种低阻抗物质质传播到一个个高阻抗物质质时，反射系系数是正的；；反之，反射射系数是负的的。因此，当当地震波从软软粗岩传播到到硬的白云石石时，回波的的偏转极性和和波源是一致致的。当岩体体内部有破裂裂带时，回波波的极性会反反转。反射体体的尺寸越大大，声学阻抗抗差别越大，回回波就越明显显，越容易探探测到。3.2接收原理理（见图1）图1TRT66000接收原理4.TRT60000优越性

TRT60000勘测成本低低，操作简单单，结果准确确、全面、直直观，代表隧隧道超前预报报领域最新领领先的技术，是是隧道超前预预报系统发展展的方向,表现在如下下几个方面:4.1TRT6000超前预报使使用锤击作为为震源，可重重复利用，不不需要耗材，而而使用炸药爆爆炸作为震源源，每次需要要相当费用。4.2使用锤击作为震源，可在同一点作多次锤击，通过信号叠加，使异常体反射信号更加明显。4.3用锤击作为震源克服了爆炸产生的高能量对周围岩体产生挤压、破坏现象，从而保证能接收到真实的地震波信号。4.4由人控制锤击产生地震波、可简单重复，操作简单，而爆炸产生地震波时高频信号迅速衰减，对操作人员的要求比较高。4.5TRT6000采用高精度的传感器，灵敏度高，最大程度地保留了高频信号，提高了精度及探测距离（硬质岩中为300米，软质岩中为150米）。4.6传感器和地震波采集、处理器之间采用无线连接，大大简化了装备（只有两个箱子，尺寸见设备配置），两个箱子的重量仅为29Kg，携带方便。4.7TRT6000的传感器布点（如图）采用立体布点方式，在隧道两边分别布置４个传感器，然后在隧道顶上布置两个传感器，从而获得真实的三维立体图，直观的再现了异常体的位置、形态、大小。而其他仪器一般在左右边墙各布置一个地震波信息接收器接收地震波，这样的布置方式只能获得异常体的位置信息，而不能获得形状、大小等信息，同时对于大角度斜交隧道的裂隙可能没有反映。4.8TRT6000还采用了层析扫描的图像处理方式，绘制三维视图，并可以从多个角度观察缺陷，使得图像更加清晰，易于理解，从而更加轻松地进行缺陷诊断。4.9TRT6000能描绘到隧道水平和垂直方向的所有异物。而其他仪器用于描绘几乎垂直于隧道的充满空气或水的裂隙，而且只能描绘靠近的垂直裂隙，不能描绘稍远距离的第二或第三裂隙（尤其是充气裂隙）。对于斜交隧道（由其是大角度斜交隧道）的裂隙可能没有反映。对于所描绘的倾斜裂隙，会低估它们的距离。5.施工要点5.1操作要要点5.1.1锤锤击点和传感感器模块点的的确定5.1.1.11锤击点（如如图7），距离掌掌子面1-2米，选择初初支强度符合合要求位置，必必须避开拱架架，纵向三个个点布置，相相隔0.5米，掌子面面方向退后2米第二排布布置与第一排排要求相同，左左右边墙布置置相同。5.1.1.22第二排锤击击点退后10-20米为传感器器安装点（如如图2、图3）。传感器器安装点第一一排为A2、A3，距离隧道道地面1.5米-2米，左右边边墙对称；第第二排A4、A6距离隧道地地面0.5米-1米，保证与A2、A3不在同一横横向直线上，A5安装在隧道道拱顶，与A4、A6在纵向同一一平面；第三三排A7、A8与第一排A2、A3布置相同，第第四排A9、A10、A11与第二排A4、A5、A6布置相同。5.1.1.33传感器模块块安装点必须须避开拱架安安装在初支表表面，且在安安装点确定后后，需将安装装点用锤子砸砸平，保证模模块粘贴后与与初支完全贴贴近，才能准准确接收信号号。5.1.1.44传感器模块块点粘贴需将将接线方向与与掌子面前进进方向相反，且且要求待速凝凝剂完全凝固固后方可锤击击。5.1.2锤锤击指定位置置采集信号5.1.2.11打开电脑，连连通仪器，调调试接收软件件，保证接收收软件中A1-A111全部为绿灯灯（A1为接收基站站模块），锤锤击墙壁进行行测试，保证证锤头上的触触发器和所有有模块均正常常工作，按要要求每个锤击击点锤击3次，接收信信号，并记录录信号编号。5.1.2.22保证锤击所所用大锤在8kg左右，大锤锤太大工人锤锤不动，触发发器不能触发发；大锤太小小所发出的地地震波太弱，影影响检测距离离。TBM型隧道马蹄型隧道TBM型隧道马蹄型隧道图3TRT传感器布设横截面图图2TRT传感器布设俯瞰图5.1.2.33尽量控制大大型机具设备备的工作，使使现场保持安安静，避免产产生地震波杂杂波，影响检检测结果。5.1.3确定隧道形形状及开挖尺尺寸确定隧道形状及及开挖尺寸，输输入数据预处处理软件，再再将锤击点和和传感器模块块安装点坐标标输入，在电电脑中模拟出出隧道三维立立体图形，为为后续软件分分析做准备。注注意测量出锤锤击点和传感感器模块安装装点坐标后，需需计算出掌子子面中心点坐坐标和传感器器最后一排所所在断面中心心点坐标，用用这两点确定定出隧道中心心线，才能正正确显示隧道道三维立体图图形。5.1.4后处理软件件数据分析5.1.4.11数据处理流流程图（见图图4）下载地震波数据和震源、传感器位置的坐标下载地震波数据和震源、传感器位置的坐标设定地层成像区域和最佳精度的大小设定虑波器，提取直达波，计算平均波速构建地震波速度模型为数据处理设定过滤参数分析在岩层中探测到的异常立体图立体图形成设定背景（比例、颜色代码）来显示结果形成报告图4数据处理理流程图5.1.4.22将预处理软软件中整理好好的地震波数数据、震源和和传感器位置置的坐标下载载到后处理软软件中，预处处理软件的作作用在于数据据的整合与简简单处理，并并将预判出各各数据之间的的对应吻合情情况，防止在在后处理软件件中将数据处处理的最后出出现错误，耽耽误时间。5.1.4.33数据下载完完成后，设定定地层成像区区域和最佳精精度的大小。一一般情况下，设设定地层成像像区域的大小小为隧道中心心线为中心半半径20米范围内的的地层情况，也也可以根据不不同现场情况况设定更大，以以方便分析。精精度的大小根根据围岩的情情况不同而设设置，一般选选取经验值，也也可根据不同同地质情况而而改变。5.1.4.44设定滤波器器，提取直达达波，计算平平均波速。这这是真个后处处理软件的核核心处理工作作，一般采用用手动，根据据平时的经验验设定滤波器器，依据现场场的情况和数数据接收情况况提取直达波波，直达波提提取的好坏，直直接影响结果果的分析，需需要经验的积积累，细心的的分析。波速速的计算为软软件的三维成成像提供前提提。5.1.4.55构建地震波波波速模型。根根据平均波速速和直达波提提取后显示的的反射点位置置，计算出波波速的上限和和下限，构建建地震波波速速模型，为三三维成像划定定区域。5.1.4.66为数据处理理设定过滤参参数。以上步步骤完成后，我我们可以预览览检测结果的的三维成像，这这是在计算机机默认的过滤滤参数的基础础上，未必会会显示出应有有的反射结果果，需要经过过不断的调整整，根据现场场经验和地质质资料选择出出最佳的过滤滤参数，显示示三维结果图图。5.1.4.77设定背景主主要是根据习习惯，设定明明显的对比颜颜色、最佳的的视觉比例。5.1.4.88分析在岩层层中探测到的的异常立体图图，这是结果果分析重要步步骤，需要分分析者有足够够的现场经验验和专业地质质知识，最好好分析者亲自自参与现场检检测，研究掌掌子面围岩情情况，并根据据地质资料和和经验进行分分析。最后形形成报告。5.2施工注注意事项5.2.1注注意施工现场场环境，尽量量在信号接收收时停止现场场大型机具设设备的运行，减减少震动干扰扰。5.2.2注注意锤击点和和传感器模块块安装点布置置，一定要避避开钢拱架，布布置在与隧道道围岩接触的的初支面上，减减少信号接收收的干扰。5.2.2锤锤击点的初支支强度需要得得到保证，不不能布置在新新喷射的初支支表面，影响响震源。5.2.3注意意调试仪器，保保证仪器一切切正常的情况况下进行检测测。5.3TRT66000超前地质预预报系统技术术指标（见表表1）。表1TRTT6000超前地质预预报系统技术术指标项次项目内容1接收器端口9个2记录通道24个3采样间隔31，64，1125，250，500，1000，或2000μs4记录带宽40～150000Hg5模数转换32位6记录长度16000采样样数每通道7频率范围10Hg—755000HHg8测量精度最好10cm9低频过滤25，35，550，70，100，140，200，280，400HHg10高频过滤250，5000，1000Hg（降低风噪噪）11延迟0～9999mms，每毫秒每每毫秒调节12工作电压直流12伏13温度范围存放环境温度--100—＋60014相对湿度30-90%15电源外接电源90--240伏交交流，50/600Hg16探测距离软岩一般1500米硬岩一般300米6.应用实例新建铁路大同到到西安客运专专线站前6标乔家山隧隧道2号斜井，应应用TRT60000超前地质预预报系统进行行信号采集和和结果分析。分分析结果的地地质三维图中中的颜色代表表了不同岩体体间的波阻抗抗的差别，当当地震波从软软粗岩传播到到硬岩时，回回波的偏转极极性和波源是是一致的。当当岩体内部有有破裂带时，回回波的极性会会反转。反射射体的尺寸越越大，声学阻阻抗差别越大大。成果解译译就是把波阻阻抗的分布、形形态等特征和和代表的可能能的地质异常常情况对应起起来。经分析析，乔家山2#斜井里程2斜6+76～6+56段从俯视图图上看，两侧侧