赵才 山东广信工程试验检测有限公司 济南250002
摘要：在隧道施工过程中，由于不良地质因素的不确定性，为了在工程施工过程中，减少工程隐患和避免工程事故，可以通过TRT6000超前预报系统进行隧道地质超前预报，从而来描述隧道掌子面前方的地质情况，对隧道的施工方法提供科学的依据。本文介绍了TRT6000超前预报系统的工作原理、现场检测，并结合工程实例对检测数据进行分析，从而有效的的探测掌子面前方的地质情况。
关键词：TRT6000超前预报系统、地质预报、隧道施工
Abstract：In the process of tunnel construction, due to adverse geological factors of uncertainty, in order to reduce project risk and avoid accidents， works through TRT6000 prediction system tunnel geological prediction, thus to describe the working face in front of the tunnel The geological conditions of tunnel construction methods to provide a scientific basis. In this paper, prediction TRT6000 working principle, on-site testing, combined with engineering examples of test data analysis, thus effective detection of the geological conditions in front of working face.
Key words: TRT6000 prediction system, geological forecasting, tunnel construction
1、引言
目前随着公路、铁路、水利工程中隧道的施工比例越来越大。隧道施工中的地质超前预报对隧道施工的安全、质量和进度有重要影响。在地质条件复杂的隧道中，隧道施工过程中的塌方、涌水等地质灾害很难避免。地质超前预报就是通过有效的检测手段，来描述隧道掌子面前方的地质概况（断裂、破碎带、溶洞等）。
近几年，隧道超前地质预报多采用地质雷达、TSP 等检测手段。因为现场施工干扰大，费用昂贵等诸多不利因素，如何寻求一种简单方便的方法一直困扰着大家。随着科学的发展，美国生产的TRT6000超前预报系统采用层析扫描成像技术获取隧道前方及周边地层结构的三维图。它具有探测速度快、费用低、结果准确、全面、直观等，因此应用前景广泛。
2、现有检测方法的概述
目前铁路、公路隧道和煤矿等隧洞施工过程中常用的超前预报技术有地震波反射法、水平声波剖面法、负视速度法和极小偏移距高频反射联系剖面等。在实际的工作中，地震波反射法的应用比较成熟。
地震波反射法预报采用的仪器设备主要有瑞士 Ambeger 公司的 TSP203 、美国 NSA 公司的 TRT6000 和北京同度工程物探技术有限公司的 TST 等。从观测方式上区分：瑞士 Ambeger 公司的 TSP203为直线布置观测系统；美国 NSA 公司的 TRT6000 和北京同度工程物探技术有限公司的 TST为空间布置观测系统。空间观测系统能够获得不同横向偏移距的资料，实现了围岩波的速精确分析，这些都是直线观测系统无法作到的。TRT6000超前预报系统正是因为有准确可靠的速度资料，从而得到更为真实的偏移图像。
3、TRT6000超前预报系统的工作原理及优势
3.1 TRT6000超前预报系统的工作原理
TRT6000超前预报系统采用地震层析成像及全息岩土成像技术。层析成像和全息成像是利用经复杂介质折射、反射、散射所接收的信号来估计介质性质变化的位置、范围的反演技术。地震波信号在不同介质中的衰减率和传播速度是不同的。隧道超前预报时，由震源产生的地震波遇到异常体产生的反射波被传感器接收，由震源、传感器和异常体根据传播时间在三维空间定义多个椭球（图 1），由多个震源、传感器定义的椭球能够确定异常体的具体位置。当地震波在岩体中传播时，遇到不同震动特性的岩石土区的界面时（破碎带、断层、溶洞、大的节理面等），通过对所采集到的异常体的地震波反射信号来综合分析处理，而 绘制岩体的结构图。
3.2 TRT6000超前预报系统的优势
TRT6000勘测成本低，操作简单，并且应用空间观测系统和层析成像技术，结果更为准确、真实，是超前预报系统发展的方向，其优点主要表现在如下几个方面：
1)TRT6000超前预报系统采用锤击作为震源，可以重复利用，使用炸药爆炸为震源每次的费用比较高并增加了危险性（在甘肃某隧道湿陷性黄土发育，在隧道的开挖过程中，发生过多次涌水，采用普通的爆破方式并不可行）。
2)同一震源点多次锤击，通过信号叠加，异常体反射信号更加明显。
3)TRT6000超前预报系统采用空间立体布点方式，在隧道的两边分别布置四个传感器，在拱顶布置两个传感器，来获得真实的三维立体图，可以在多个角度对异常体的位置、形态和大小进行描述，从而更加直观的进行地质描述。
4)TRT6000能够对隧道水平和垂直方向上的所有异常体进行描述。
4、工程实例
4.1 工程概况及地质条件
西渴马隧道，进口里程为DK420+395，出口里程为DK423+207，全长2812m，隧道内处于12‰、5.5‰的上坡，DK420+702.5~DK420+7.5以及DK423+172.5~出口设置R=30000m的竖曲线。隧道位于R=7000的曲线上。进口位于长清县西渴马村西南端，出口位于大刘庄北之低山斜坡上，地势起伏教大，最大相对高度210m，隧道最大埋深201m，大部分基岩裸露，进口段及山凹处地表覆0.5~3m新黄土，进口坡度15°，植被稀少，洞身DK421+375~DK421+600段为一山沟上游，隧道埋深相对较钱。
出口区分布有大规模崩塌堆积岩体，崩塌堆积岩体主要成分为寒武系中统泥质条带灰岩及鲕状灰岩，岩体一般粒径3~5m，最大可达到十余米，充填碎石土及角砾土，结构较松散，容易掉顶，岩体完整性较差。
4.2 现场检测
2009年6月23日对西渴马隧道进行地质超前预报，掌子面里程为DK421+469。采用仪器为美国生产的TRT6000超前预报系统。根据现场掌子面的情况，传感器布置在左右边墙及拱顶，震源点布置在左右边墙上。具体图示如下：
根据现场采集的地震波型号，通过专门的O-RV3D软件进行分析处理，生成三维图像（图形显示隧道中心线左右20米，上下20米的空间范围），对隧道掌子面前方的地质情况预测，得出以下结论：
a：DK421+476~DK421+522段为一破碎带，有软弱夹层现象。
b：DK421+540~DK421+548段推测为一溶洞。
图3：TRT6000层析反射成像图-俯视图
图4：TRT6000层析反射成像图-立体图
4.3检测效果
施工过程中，在不良地质发育带提前做好防护措施，给施工提供了指导意义，极大地加快了掘进速度。在跟踪现场反馈的意见中，验证结果如下：
a：DK421+477~DK421+520段岩体较为破碎带，在DK421+484、DK421+495、DK421+512附近均存在灰岩中充填粉质黏土。
b：DK421+544附近为一20m3的溶洞，内部为全填充，充填黏土夹碎石。
5、结论
本次应用TRT6000超前预报系统对掌子面前方的异常地质情况进行了详细的描述，对工程施工提出建议。其作为当前最先进的地质超前预报检测方法，相比其它的探测技术，可以快捷、有效的进行隧道工程的地质预报。在随后的开挖验证过程中，证明TRT6000的探测结果是准确可靠的。
TRT6000超前预报系统在美国、欧洲、日本、新西兰、澳大利亚等国家获得广阔的市场，并且积累了丰富的经验，但在不良地质条件较为发育的岩体中，如何准确的辨别岩体的工程类别还有局限性。特别是隧道施工过程中噪音，对检测结果有明显的影响。这些都需要我们进一步的研究，以满足今后的检测工作。
参 考 文 献
1 铁路隧道超前地质预报技术指南 铁建设 [2008] 105号
2 汪成兵等 隧道地质超前预报技术与应用 中国学术期刊网络出版总库
3 何发量等 隧道地质超前预报 西南交通大学出版社下载本文
