TRT6000超前地質預報系統在磨盤坡隧道的運用

龔貴友 江汶鍵

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TRT6000超前地質預報系統在磨盤坡隧道的運用

龔貴友1江汶鍵2

（1.重慶交通大學土木工程學院 400074；2.重慶市建筑科學研究院 重慶 400016）

超前地質預報是，保證隧道開挖過程中安全有效進行的一種重要手段和方式。該文淺述了TRT6000超前探測系統的工作原理以及該系統對預報地質情況分析的功能。通過對重慶市潼南區磨盤坡隧道的TRT6000超前地質預報，準確清晰掌握磨盤坡隧道掌子面前方巖體的具體狀況，為隧道后續的開挖、支護提供支持和保障。

TRT6000；公路隧道；超前地質預報

1 概述

磨盤坡隧道位于重慶市潼南區雙江鎮,距潼南西收費站約350m,南側鄰遂渝老公路,北側出口位于雙江古鎮。隧道總長170m(K0+145~K0+315),為短隧道。隧道建成后,能有效的把雙江古鎮和雙江新城連成一體。但是在隧道實際開挖的過程里面,由于隧道圍巖的完整性較差,節理裂隙發育,巖體整體較為破碎,層間結合差,自穩能力差,加上前期做過地址雷達預報法(預報范圍:K0+187~K0+217),為更加經濟準確清晰掌握磨盤坡隧道掌子面前方巖體的具體狀況,研究采用TRT6000超前探測系統對磨盤坡隧道進行超前地質預報。根據TRT6000超前地質預報的結果,對磨盤坡隧道后續開挖方式,支護狀況提供理論依據和數據支持。

2 TRT6000系統預報工作原理

TRT（Tunnel Reflection Tomography）6000超前預報系統主要包括主機、基站、無線模塊、傳感器、觸發器五個主要部分。

TRT6000的全稱是隧道中地震波反射層析成像的技術,此技術采用在3D立體空間內按一定的順序布置傳感器,在多點激發產生地震波信號,3D立體布置的傳感器接收因為遇到界面而反射傳遞回來信號源。TRT基本原理在于當地震波遇到聲學阻抗差異(密度和波速的乘積)界面時,一部分信號被反射回來,一部分信號透射進入前方介質。聲學阻抗的變化通常發生在地質巖層界面或巖體內不連續界面。反射的地震信號被高靈敏地震信號傳感器接收,通過分析,被用來了解隧道工作面前方地質體的性質(軟弱帶、破碎帶、斷層、含水等),位置及規模。正常入射到邊界的反射系數計算公式【1】如下：

在公式【1】中

3 工程運用實例

潼南磨盤坡隧道總長170m(K0+145~K0+315),為短隧道。隧道凈寬:12m(8m車行道,4m人行道),采用拱高7.4m,上圓半徑為6.3m的三心圓曲邊墻結構,端墻式門洞,該隧道為單洞雙向行駛兩車道,設計車速40km/h的三級公路。隧址區屬構造剝蝕丘陵地貌,擬建場地內已大部份已開挖回填,線路段在原始地貌上寬緩溝谷近底部區,縱、橫向呈平緩的微波浪線狀。道路大致均由南向北貫穿場地,總體是比較平緩(隧道段除外);道路區最低高程約為254.00m(ZY1),最高高程約為296.76m(ZY32),整個場地高差約42.0m。大多數地段的地形坡角比較平緩,一般小于10°,而隧道兩端洞口處稍陡,達到30至45°,局部較為陡峭地段達70°以上。隧址區地處龍鳳場向斜北西冀,巖層產狀315°∠5°,在場地北西側附近基巖裸露處測得兩組裂隙:(1)115°∠75°,面平直,閉合,局部張開,寬0~1cm,間距0.3~4m,切割深2m;(2)230°∠81°,面較平直,張開0~3mm,無充填,間距3~5m。經調查,場區內無斷裂構。

進行TRT超前地質預報時候,掌子面樁號為K0+226,掌子面的巖性主要為侏羅系上統遂寧組(J3sn)泥巖,暗紫紅色以及紫紅色,泥質結構,中厚層狀構造。隧道圍巖整體的完整性比較差,節理裂隙發育,巖體破碎,層間結合差,自穩能力差,掌子面極少量裂隙水滲出。

此次TRT6000超前地質預報系統震源和檢波器采用分布式的立體布置方式，具體方法見下圖1所示

通過勘測區域的地震波反射掃描成像三維圖、P波波速、掌子面地質觀測的信息及上述準則，結合地質情況綜合分析，得出本次地質預報結論為：

1)在掌子面前方0m~60m范圍內,里程樁號K0+226~K0+286,圍巖與掌子面巖性相近,無明顯的不良地質現象。探測區域以薄~中厚層狀中風化泥巖為主,隧道圍巖整體的完整性比較差,節理裂隙較發育,層間結合差,自穩能力差,開挖后易發生坍塌。推測圍巖級別為Ⅴ級圍巖。

2)在掌子面前方60m~89m范圍內,里程樁號K0+286~K0+315,地震波低速帶或反射面密集帶,隧道圍巖主要是由強風化泥巖組成,圍巖完整性差,節理裂隙發育,層間結合差,自穩能力差,開挖后極易發生坍塌。推測圍巖級別為Ⅴ級圍巖。該區段為隧道出口區段,為防止開挖出現隧道坍塌等危險情況的發生，建議提前在出洞口做好超前管棚支護措施。

TRT6000三維成像地質圖即探測結果如圖2

4 結論

本文利用TRT6000型超前探測系統對磨盤坡隧道砌施工進行超前探測預報,精確高效的探測預報出磨盤坡隧道掌子面（K0+226）到洞口段的范圍內，隧道巖體節理裂隙的具體發育狀況，隧道圍巖的穩定性，以及隧道內裂隙水等各種不良情況突發的可能性。根據此超前地質預報，對隧道實際開挖施工過程中，開挖方式，進尺深度，圍巖支護結構等可以及時調整參數，以保證磨盤坡隧道施工安全有效進行。同時，后續隧道開挖掘進過程也印證了TRT6000型超前探測系統的高精度準確性。

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