TRT 與TST 技術(shù)在喇叭河隧道施工超前地質(zhì)預(yù)報(bào)中的應(yīng)用

關(guān)義柱

（四川公路工程咨詢監(jiān)理有限公司，成都610041）

1 引言

超前地質(zhì)預(yù)報(bào)是依據(jù)地勘資料及掌子面揭露的地質(zhì)條件，采用長中短距離的不同的超前預(yù)報(bào)手段進(jìn)行隧道工程地質(zhì)條件的預(yù)測，針對不同地質(zhì)特征預(yù)測成果，及時(shí)提供隧道施工建議，為保證施工安全提供技術(shù)支持。喇叭河隧道為特長隧道，隧址區(qū)范圍內(nèi)巖性主要為花崗巖，中～粗粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。隧址區(qū)地下水主要為松散巖類孔隙水及巖漿巖裂隙水。隧道圍巖整體較為破碎，個(gè)別段落圍巖裂隙發(fā)育，洞頂及隧道左右洞壁圍巖局部穩(wěn)定性很差，雨季施工期間，隧道裂隙水發(fā)育，局部區(qū)段存在涌水。為保證隧道施工的順利進(jìn)行，需視掌子面具體的工程地質(zhì)條件進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作。該隧道采用了TRT、TST 2種長距離超前預(yù)報(bào)方法進(jìn)行探測工作。為比較TRT、TST 2 種技術(shù)的優(yōu)劣，在接近同一段落內(nèi)進(jìn)行了超前預(yù)報(bào)工作。

2 超前預(yù)報(bào)基本原理

2.1 TRT 技術(shù)

本次測試采用TRT6000（Tunnel Reflector Tracing 6000）隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)系統(tǒng)。該項(xiàng)技術(shù)的基本原理為：當(dāng)錘擊激發(fā)的彈性波在傳播過程中遇到波阻抗差異界面時(shí)，出現(xiàn)反射和折射，反射信號被后方布置的高靈敏度傳感器接收，通過對提取的有效反射信號的分析研究，對掌子面前方的不同工程地質(zhì)條件進(jìn)行探測[1]。TRT 現(xiàn)場采集通過空間立體式分布的錘擊震源和檢波器，采用無線傳輸方式進(jìn)行?，F(xiàn)場通過錘擊左右初支各6個(gè)激振點(diǎn)，每個(gè)激振點(diǎn)錘擊3 次，每次錘擊激發(fā)彈性波的同時(shí)，基站通過觸發(fā)器產(chǎn)生觸發(fā)信號給后方初支安置的11 個(gè)無線遠(yuǎn)程模塊下發(fā)采集指令，并將遠(yuǎn)程模塊采集的彈性波信號傳輸至電腦主機(jī)，完成整個(gè)采集過程。TRT 震源和檢波器布置示意圖如圖1 所示。

圖1 TRT 震源和檢波器布置示意圖

2.2 TST 技術(shù)

本次測試采用的TST（Tunnel Seismic Tomography）隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)系統(tǒng)是隧道散射地震成像技術(shù)的簡稱[2]。現(xiàn)場采集系統(tǒng)采用左右初支靠近掌子面處各布設(shè)4 個(gè)檢波器，之后再各布設(shè)4 個(gè)炮孔的空間布置方式進(jìn)行。彈性波在炮孔中通過小規(guī)模爆破激發(fā)，在傳播過程中被前方檢波器接收，通過有線或無線方式傳輸至采集主機(jī)，完成整個(gè)采集過程[2]。TST 系統(tǒng)現(xiàn)場采集示意圖如圖2 所示。

圖2 TST 系統(tǒng)現(xiàn)場采集示意圖

3 工程應(yīng)用實(shí)例

3.1 TST 工程應(yīng)用

當(dāng)喇叭河隧道左線開挖至ZK71+965 時(shí)，節(jié)理裂隙較發(fā)育，圍巖較破碎，掌子面左側(cè)拱腰可見點(diǎn)滴狀出水，左右側(cè)拱腰及拱頂有局部掉塊現(xiàn)象。為保證施工安全，采用TST 技術(shù)進(jìn)行超前預(yù)報(bào)工作，此次預(yù)報(bào)范圍為ZK71+965～ZK71+865。根據(jù)圖3并結(jié)合地質(zhì)資料分析得出以下預(yù)報(bào)結(jié)果：

1）0～20m（ZK71+965～ZK71+945）段縱橫波反射均較強(qiáng)烈，紅藍(lán)條紋逐層分布，正負(fù)反射相間，縱波波速較為平穩(wěn)，橫波波速出現(xiàn)跳動增大趨勢。初步分析該段圍巖強(qiáng)度軟硬互層，變化頻繁，圍巖完整性較掌子面較為類似，裂隙較發(fā)育，完整性較差，施工中拱頂及左右拱腰可能出現(xiàn)掉塊或滑塌現(xiàn)象，圍巖級別建議為Ⅳ。

2）20～46m（ZK71+945～ZK71+919）段圍巖縱波波速相對稍高，強(qiáng)度稍高。偏移圖像中洞身兩側(cè)范圍紅藍(lán)條紋較多。初步分析該段隧道左右側(cè)裂隙較發(fā)育，圍巖穩(wěn)定性較差，施工中注意隧道左右側(cè)可能出現(xiàn)的坍塌，圍巖級別建議為Ⅳ。

3）46～73m（ZK71+919～ZK71+892）段縱橫波反射較強(qiáng)烈，藍(lán)色及紅色條紋分布區(qū)段較寬，且呈現(xiàn)分層及間斷分布特點(diǎn)，縱橫波波速較前段降低，且波速值均較小。初步分析該段圍巖強(qiáng)度呈現(xiàn)軟硬不同區(qū)段相間分布，以較軟巖為主，裂隙較發(fā)育，部分區(qū)段很發(fā)育，巖體穩(wěn)定性較差，施工中注意圍巖滑塌，圍巖級別建議為Ⅳ。

4）73～100m（ZK71+892～ZK71+865）段縱橫波反射較弱，未見大范圍藍(lán)、紅條紋分布，個(gè)別區(qū)段藍(lán)紅條紋可見，以單一條紋為主，縱橫波波速較為平穩(wěn)，且波速值較前段增大，波速值較高。初步分析該段圍巖強(qiáng)度較高，以較硬巖為主，裂隙局部段落較發(fā)育，圍巖完整性一般，穩(wěn)定性較好，圍巖級別建議為Ⅲ。

圖3 地質(zhì)構(gòu)造偏移圖和波速分布曲線

3.2 TRT 工程應(yīng)用

當(dāng)喇叭河隧道出口左線開挖至ZK71+951 時(shí)，圍巖條件進(jìn)一步變差，采用了TRT 技術(shù)進(jìn)行超前預(yù)報(bào)。此次TRT 預(yù)報(bào)范圍為ZK71+951-ZK71+853。綜合預(yù)測成果（見圖4）及地質(zhì)勘查資料得出以下預(yù)測成果：

1）0～74m(ZK71+951～ZK71+877)段圍巖地震波反射界面呈現(xiàn)條帶狀反射和點(diǎn)滴狀反射相間分布特點(diǎn)，且反射點(diǎn)較離散，正負(fù)反射相間，以負(fù)反射為主，整體反射強(qiáng)烈，波速出現(xiàn)震蕩，整體波速較小，初步分析該段裂隙較發(fā)育，局部很發(fā)育，裂隙水局部較發(fā)育，圍巖強(qiáng)度呈現(xiàn)軟硬互層，圍巖整體較破碎，局部圍巖破碎，巖體整體穩(wěn)定性較差，拱頂及左右側(cè)拱腰出現(xiàn)滑塌和掉塊的可能性很大，圍巖級別建議為Ⅳ。

2）74～98m(ZK71+877～ZK71+853)段地震波反射不明顯，局部可見點(diǎn)滴狀反射，波速值較前段增大，且波速呈現(xiàn)上升趨勢，初步分析該段裂隙稍發(fā)育，圍巖整體較完整，巖體穩(wěn)定性一般，圍巖級別建議為Ⅲ。

圖4 TRT 技術(shù)超前預(yù)報(bào)三維圖

4 結(jié)語

經(jīng)過現(xiàn)場地質(zhì)條件與預(yù)報(bào)成果比對表明，TRT 與TST 技術(shù)預(yù)報(bào)精度均能夠滿足施工安全需要。這2 項(xiàng)技術(shù)在預(yù)報(bào)圍巖破碎帶、裂隙發(fā)育、巖體強(qiáng)度等與實(shí)際有著較高的吻合。TRT 技術(shù)現(xiàn)場采集通過空間布設(shè)震源點(diǎn)和檢波器，利用無線傳輸方式進(jìn)行數(shù)據(jù)獲取，得出地質(zhì)異常體三維邊界信息和內(nèi)部波阻結(jié)構(gòu)信息，較容易對地質(zhì)異常體性質(zhì)做出判斷；現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集便捷，數(shù)據(jù)采集時(shí)間大大縮短。TST 技術(shù)在進(jìn)行數(shù)據(jù)分析提取有效信號時(shí)，采用了波場分離技術(shù)，保證了預(yù)報(bào)可靠性；采用隧道雙側(cè)觀測系統(tǒng)，其走時(shí)數(shù)據(jù)能同時(shí)確定圍巖波速分布和界面位置；率先將方向?yàn)V波技術(shù)引入隧道超前預(yù)報(bào)中，可有效提取反射波，確保了信號的可靠性[3]。