TRT 與TST 技術在喇叭河隧道施工超前地質預報中的應用

關義柱

（四川公路工程咨詢監理有限公司，成都610041）

1 引言

超前地質預報是依據地勘資料及掌子面揭露的地質條件，采用長中短距離的不同的超前預報手段進行隧道工程地質條件的預測，針對不同地質特征預測成果，及時提供隧道施工建議，為保證施工安全提供技術支持。喇叭河隧道為特長隧道，隧址區范圍內巖性主要為花崗巖，中～粗粒結構，塊狀構造。隧址區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，個別段落圍巖裂隙發育，洞頂及隧道左右洞壁圍巖局部穩定性很差，雨季施工期間，隧道裂隙水發育，局部區段存在涌水。為保證隧道施工的順利進行，需視掌子面具體的工程地質條件進行超前地質預報工作。該隧道采用了TRT、TST 2種長距離超前預報方法進行探測工作。為比較TRT、TST 2 種技術的優劣，在接近同一段落內進行了超前預報工作。

2 超前預報基本原理

2.1 TRT 技術

本次測試采用TRT6000（Tunnel Reflector Tracing 6000）隧道地質超前預報系統。該項技術的基本原理為：當錘擊激發的彈性波在傳播過程中遇到波阻抗差異界面時，出現反射和折射，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條件進行探測[1]。TRT 現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行。現場通過錘擊左右初支各6個激振點，每個激振點錘擊3 次，每次錘擊激發彈性波的同時，基站通過觸發器產生觸發信號給后方初支安置的11 個無線遠程模塊下發采集指令，并將遠程模塊采集的彈性波信號傳輸至電腦主機，完成整個采集過程。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

本次測試采用的TST（Tunnel Seismic Tomography）隧道地質超前預報系統是隧道散射地震成像技術的簡稱[2]。現場采集系統采用左右初支靠近掌子面處各布設4 個檢波器，之后再各布設4 個炮孔的空間布置方式進行。彈性波在炮孔中通過小規模爆破激發，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，完成整個采集過程[2]。TST 系統現場采集示意圖如圖2 所示。

圖2 TST 系統現場采集示意圖

3 工程應用實例

3.1 TST 工程應用

當喇叭河隧道左線開挖至ZK71+965 時，節理裂隙較發育，圍巖較破碎，掌子面左側拱腰可見點滴狀出水，左右側拱腰及拱頂有局部掉塊現象。為保證施工安全，采用TST 技術進行超前預報工作，此次預報范圍為ZK71+965～ZK71+865。根據圖3并結合地質資料分析得出以下預報結果：

1）0～20m（ZK71+965～ZK71+945）段縱橫波反射均較強烈，紅藍條紋逐層分布，正負反射相間，縱波波速較為平穩，橫波波速出現跳動增大趨勢。初步分析該段圍巖強度軟硬互層，變化頻繁，圍巖完整性較掌子面較為類似，裂隙較發育，完整性較差，施工中拱頂及左右拱腰可能出現掉塊或滑塌現象，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，強度稍高。偏移圖像中洞身兩側范圍紅藍條紋較多。初步分析該段隧道左右側裂隙較發育，圍巖穩定性較差，施工中注意隧道左右側可能出現的坍塌，圍巖級別建議為Ⅳ。

3）46～73m（ZK71+919～ZK71+892）段縱橫波反射較強烈，藍色及紅色條紋分布區段較寬，且呈現分層及間斷分布特點，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度呈現軟硬不同區段相間分布，以較軟巖為主，裂隙較發育，部分區段很發育，巖體穩定性較差，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、紅條紋分布，個別區段藍紅條紋可見，以單一條紋為主，縱橫波波速較為平穩，且波速值較前段增大，波速值較高。初步分析該段圍巖強度較高，以較硬巖為主，裂隙局部段落較發育，圍巖完整性一般，穩定性較好，圍巖級別建議為Ⅲ。

圖3 地質構造偏移圖和波速分布曲線

3.2 TRT 工程應用

當喇叭河隧道出口左線開挖至ZK71+951 時，圍巖條件進一步變差，采用了TRT 技術進行超前預報。此次TRT 預報范圍為ZK71+951-ZK71+853。綜合預測成果（見圖4）及地質勘查資料得出以下預測成果：

1）0～74m(ZK71+951～ZK71+877)段圍巖地震波反射界面呈現條帶狀反射和點滴狀反射相間分布特點，且反射點較離散，正負反射相間，以負反射為主，整體反射強烈，波速出現震蕩，整體波速較小，初步分析該段裂隙較發育，局部很發育，裂隙水局部較發育，圍巖強度呈現軟硬互層，圍巖整體較破碎，局部圍巖破碎，巖體整體穩定性較差，拱頂及左右側拱腰出現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，局部可見點滴狀反射，波速值較前段增大，且波速呈現上升趨勢，初步分析該段裂隙稍發育，圍巖整體較完整，巖體穩定性一般，圍巖級別建議為Ⅲ。

圖4 TRT 技術超前預報三維圖

4 結語

經過現場地質條件與預報成果比對表明，TRT 與TST 技術預報精度均能夠滿足施工安全需要。這2 項技術在預報圍巖破碎帶、裂隙發育、巖體強度等與實際有著較高的吻合。TRT 技術現場采集通過空間布設震源點和檢波器，利用無線傳輸方式進行數據獲取，得出地質異常體三維邊界信息和內部波阻結構信息，較容易對地質異常體性質做出判斷；現場數據采集便捷，數據采集時間大大縮短。TST 技術在進行數據分析提取有效信號時，采用了波場分離技術，保證了預報可靠性；采用隧道雙側觀測系統，其走時數據能同時確定圍巖波速分布和界面位置；率先將方向濾波技術引入隧道超前預報中，可有效提取反射波，確保了信號的可靠性[3]。