TRT超前地质预报

隧道超前地质预报是在分析既有地质资料的基础上，采用地质调查、超前钻探、物探、超前导坑预报等手段，对隧道开挖工作面前方的工程地质与水文地质条件及不良地质体的工程性质、位置、产状、规模等进行探测、分析判释及预报，并提出技术措施和建议，并对前方围岩级别进行综合判断。

01 超前地质预报的目的

1. 进一步查清隧道开挖工作面前方的工程地质与水文地质条件，指导工程施工的顺利进行。

2. 降低地质灾害发生的概率和危害程度。

3. 为优化工程设计提供地质资料。

4. 为编制竣工文件提供地质资料。

02 超前地质预报的必要性

目前交通工程（铁路、公路隧道）、水电工程（地下厂房、输水隧洞）等地下工程建设面对的情况越来越复杂,基建工程更多集中在基础较为薄弱的云、贵、川、藏地区，就拿分步建设中的川藏铁路来说，其地质复杂情况更是世间罕见，川藏铁路穿越印度板块和亚欧板块碰撞带，地质情况复杂多变，有地震、滑坡、岩爆、岩溶、泥石流、不稳定岩堆、断层破碎带、高温岩热、高地应力等等不良地质情况，面临一系列突水、突泥、塌方等地质灾害问题。近年来隧道掘进发生的重大事故比比皆是，如石景山隧道涌水事故、黔南州荔波县朝阳隧道突水、大瑶山隧道和武隆隧道等发生涌水等，均造成了严重的人员及财产损失。

03 超前地质预报的原则

1. 隧道超前地质预报是保证隧道施工安全的重要环节和重要技术手段，为隧道施工的必要工序。

2. 隧道超前地质预报应进行地质复杂程度分级，确定重点预报地段，并遵循动态设计原则，根据预报实施工作中掌握的地质情况，及时调整隧道区段的地质复杂程度分级、预报方法和技术要求等。

3. 隧道超前地质预报可采用地质调查与勘探相结合、物探与钻探相结合、长距离与短距离相结合、地面与地下相结合、超前导坑与主洞探测相结合的方法，并对各种方法的预报结果综合分析，相互验证，以提高预报的准确性。

4. 隧道设有平行导坑、正洞超前导坑或为线间距较小的两处隧道时，应充分利用平行超前导坑、正洞超前导坑、先行施工的隧道开展隧道超前地质预报工作。

04 超前地质预报的内容

1. 地层岩性预测预报，特别是对软弱夹层、破碎地层、煤层及特殊岩土的预测预报。

2. 地质构造预测预报，特别是对断层、节理密集带、褶皱轴等影响岩体完整性的构造发育情况的预测预报。

3. 不良地质预测预报，特别是对岩溶、人为坑洞、瓦斯等发育情况进行的预测预报。

4. 地下水预测预报，特别是对岩溶管道水及富水断层、富水褶皱轴、富水地层中的裂隙水等发育情况的预测预报。

05 超前地质预报的方法

• 地质调查法：包括隧道地表补充地质调查、洞内开挖工作面地质素描和洞身地质素描、地层分界线及构造线地下和地表相关性分析、地质作图等。

• 超前钻探法：包括超前地质钻探、加深炮孔探测及孔内摄影。

• 物探法：包括弹性波反射法（地震波反射法，水平声波剖面法、陆地声呐法等）、电磁波反射法（地质雷达探测）、红外探测、高分辨率直流电法等。

• 超前导坑预报法：包括平行超前导坑法、正洞超前导坑法等。

在隧道超前地质预报设计前，应根据隧道的工程地质与水文地质条件、地质因素对隧道施工影响程度及诱发环境问题的程度等，对隧道分段进行地质复杂程度分级。隧道复杂程度分为复杂、较复杂、中等复杂和简单共4级。

TRT隧道地震波三维成像技术

01 弹性波反射法

弹性波反射法是利用人工激发的地震波、声波在不均匀地质体中所产生的反射波特征来预报前方地质情况的一种物探方法，它包括地震波反射法、水平声波剖面法、负视速度法和极小偏移距高频反射连续剖面法（简称陆地声呐法）等方法。其中，地震波反射法形成了一套专门的隧道超前预报系统，其原理是通过人工激发地震波，所产生的地震波信号沿隧道方向以球面波的形式传播，在不同岩层中地震波以不同的速度传播，在其界面处被反射，并被高精度的接收器接收。

02 隧道地震波三维成像技术

隧道地震波三维成像技术是指通过布置多点激发和接收的观测系统采集立体空间波场信息，然后应用速度扫描和偏移成像对预报范围内的每个空间节点叠加该点的所有地震波反射、散射信号形成地震波反射的三维图像，用来判断隧道掘进前方存在断层、破碎带、软弱带，岩溶、富水区等灾害体，以及这些灾害体位置、形状、大小。

震源和检波器的布置——震源和检波器必须达到一定数量，在X、Y、Z方向上应有足够偏移距，这是三维成像的基础。

三维成像应在三维空间中呈现异常的边界及内部波阻特征。

TRT立体布置震源和检波器，检波器多，精度高能呈现异常的边界及内部波阻特征，真实呈现正常岩体结构和异常部分。

03 TRT隧道超前预报系统软件的改进

1. 带导航，操作简单

2. P、S波分别三维成像

3. P波和S波波速曲线

4. 增加泊松比曲线

5. 自动生成报告

TRT-V8000地震波反射三维扫描成像隧道地质超前预报系统

1. TRT-V8000是全新一代的隧道地质超前预报系统，其勘测成本低，操作简单，结果准确、全面、直观，是隧道超前预报领域经实践证明了的技术，其主要特点表现在如下几个方面：

2. TRT-V8000超前预报使用锤击或激振震源作为的震源，可重复利用，不需要耗材，而使用爆炸作为震源每次需要相当费用。

3. 使用锤击或激振震源作为震源，可在同一点做多次锤击，通过信号叠加，使异常体反射信号更加明显。

4. 用锤击或激振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，从而保证接收到真实的地震波信号。

5. 由人控制产生地震波，重复性好，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。

6. TRT-V8000采用高精度的加速计作为传感器，灵敏度高（1V/g），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,黄土地层100米）。

7. 传感器和地震波采集、处理器之间采用无线连接，极大简化了装备（只有两个箱子，尺寸见设备配置）。两个箱子的重量仅为16kg，携带方便。

8. TRT-V8000的传感器布点（下图）采用立体布点方式，在隧道两边分别布置4个传感器，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、形态及大小。而其他仪器一般在左右边墙各布置一个地震波接收器接收地震波，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。

9. TRT-V8000还采用了扫描图像处理方式，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，从而轻松地进行缺陷诊断。

10. TRT-V8000能描绘到隧道水平和垂直方向的所有异物。而其他仪器只能描绘几乎垂直于隧道的充满空气或水的裂隙及近距的垂直裂隙，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）的裂隙没有反映。对于所描绘的倾斜裂隙，会低估它们的距离。

案例1 断层破碎带检测

案例2 煤层顶、底岩体地质情况的检测

案例3 采空区检测

可控震源和冲击震源（大锤）对比

TRT-V8000系统有两种震源可供选择：可控震源和冲击震源。可控震源通过工业振动器产生能量，该振动器发出100Hz至3000Hz的扫频正弦波。冲击震源通过锤击产生能量。两者都是确定地下结构的有效震源，但可控震源能够在更短的时间内生成更高分辨率的图像。

这是由于信号更好的叠加带来的好处。使用可控震源，能量随着时间以精确的方式积累。更易于叠加，因为振动能量是可重复的，每次都可以施加在相同的位置、力和角度，并且较低的能量输入不会使岩石破裂。震源的高重复性与精确计时相结合，允许叠加多（5至7）条记录。

锤击在短时间内向岩石中释放出相对较大的能量。相较于可控震源，锤击叠加效果稍逊，因为很难在相同的位置、力和角度重复锤击，并且每次敲击后岩石都会变形和破裂。

叠加增强了有用的信号，同时减少了不必要的地震噪声。此外，扫频震源信号的唯、一性以及与加速度计接收的信号的互相关联进一步过滤了地震噪声。叠加还可以减少地震记录的数量，使数据处理更容易、更快。

扫频震源已成功应用于新奥法隧道和TBM隧道以及采矿巷道，应用于包括日本、英国、中国和南美的多个隧道工程。在巴西某项目中，在3km长的 TBM隧道中进行了40次测试，每个测试预报范围为隧道面前方200m，得到隧道面前方的异常，准确率约为90%。上述测试专门用于探测花岗岩中的主要含水区域，一次含水异常在TBM前方约175m处，第二次在工作面前方51m处。开挖验证，它产生了大约3000升/分钟的水流。

震源通过TBM盾构片的进入口接触到隧道围岩

震源直接按压在混凝土表面

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