TRT6000超前地质预报系统在磨盘坡隧道的运用

龚贵友 江汶键



TRT6000超前地质预报系统在磨盘坡隧道的运用

龚贵友1江汶键2

（1.重庆交通大学土木工程学院 400074；2.重庆市建筑科学研究院 重庆 400016）

超前地质预报是，保证隧道开挖过程中安全有效进行的一种重要手段和方式。该文浅述了TRT6000超前探测系统的工作原理以及该系统对预报地质情况分析的功能。通过对重庆市潼南区磨盘坡隧道的TRT6000超前地质预报，准确清晰掌握磨盘坡隧道掌子面前方岩体的具体状况，为隧道后续的开挖、支护提供支持和保障。

TRT6000；公路隧道；超前地质预报

1 概述

磨盘坡隧道位于重庆市潼南区双江镇,距潼南西收费站约350m,南侧邻遂渝老公路,北侧出口位于双江古镇。隧道总长170m(K0+145~K0+315),为短隧道。隧道建成后,能有效的把双江古镇和双江新城连成一体。但是在隧道实际开挖的过程里面,由于隧道围岩的完整性较差,节理裂隙发育,岩体整体较为破碎,层间结合差,自稳能力差,加上前期做过地址雷达预报法(预报范围:K0+187~K0+217),为更加经济准确清晰掌握磨盘坡隧道掌子面前方岩体的具体状况,研究采用TRT6000超前探测系统对磨盘坡隧道进行超前地质预报。根据TRT6000超前地质预报的结果,对磨盘坡隧道后续开挖方式,支护状况提供理论依据和数据支持。

2 TRT6000系统预报工作原理

TRT（Tunnel Reflection Tomography）6000超前预报系统主要包括主机、基站、无线模块、传感器、触发器五个主要部分。

TRT6000的全称是隧道中地震波反射层析成像的技术,此技术采用在3D立体空间内按一定的顺序布置传感器,在多点激发产生地震波信号,3D立体布置的传感器接收因为遇到界面而反射传递回来信号源。TRT基本原理在于当地震波遇到声学阻抗差异(密度和波速的乘积)界面时,一部分信号被反射回来,一部分信号透射进入前方介质。声学阻抗的变化通常发生在地质岩层界面或岩体内不连续界面。反射的地震信号被高灵敏地震信号传感器接收,通过分析,被用来了解隧道工作面前方地质体的性质(软弱带、破碎带、断层、含水等),位置及规模。正常入射到边界的反射系数计算公式【1】如下：

在公式【1】中

3 工程运用实例

潼南磨盘坡隧道总长170m(K0+145~K0+315),为短隧道。隧道净宽:12m(8m车行道,4m人行道),采用拱高7.4m,上圆半径为6.3m的三心圆曲边墙结构,端墙式门洞,该隧道为单洞双向行驶两车道,设计车速40km/h的三级公路。隧址区属构造剥蚀丘陵地貌,拟建场地内已大部份已开挖回填,线路段在原始地貌上宽缓沟谷近底部区,纵、横向呈平缓的微波浪线状。道路大致均由南向北贯穿场地,总体是比较平缓(隧道段除外);道路区最低高程约为254.00m(ZY1),最高高程约为296.76m(ZY32),整个场地高差约42.0m。大多数地段的地形坡角比较平缓,一般小于10°,而隧道两端洞口处稍陡,达到30至45°,局部较为陡峭地段达70°以上。隧址区地处龙凤场向斜北西冀,岩层产状315°∠5°,在场地北西侧附近基岩裸露处测得两组裂隙:(1)115°∠75°,面平直,闭合,局部张开,宽0~1cm,间距0.3~4m,切割深2m;(2)230°∠81°,面较平直,张开0~3mm,无充填,间距3~5m。经调查,场区内无断裂构。

进行TRT超前地质预报时候,掌子面桩号为K0+226,掌子面的岩性主要为侏罗系上统遂宁组(J3sn)泥岩,暗紫红色以及紫红色,泥质结构,中厚层状构造。隧道围岩整体的完整性比较差,节理裂隙发育,岩体破碎,层间结合差,自稳能力差,掌子面极少量裂隙水渗出。

此次TRT6000超前地质预报系统震源和检波器采用分布式的立体布置方式，具体方法见下图1所示

通过勘测区域的地震波反射扫描成像三维图、P波波速、掌子面地质观测的信息及上述准则，结合地质情况综合分析，得出本次地质预报结论为：

1)在掌子面前方0m~60m范围内,里程桩号K0+226~K0+286,围岩与掌子面岩性相近,无明显的不良地质现象。探测区域以薄~中厚层状中风化泥岩为主,隧道围岩整体的完整性比较差,节理裂隙较发育,层间结合差,自稳能力差,开挖后易发生坍塌。推测围岩级别为Ⅴ级围岩。

2)在掌子面前方60m~89m范围内,里程桩号K0+286~K0+315,地震波低速带或反射面密集带,隧道围岩主要是由强风化泥岩组成,围岩完整性差,节理裂隙发育,层间结合差,自稳能力差,开挖后极易发生坍塌。推测围岩级别为Ⅴ级围岩。该区段为隧道出口区段,为防止开挖出现隧道坍塌等危险情况的发生，建议提前在出洞口做好超前管棚支护措施。

TRT6000三维成像地质图即探测结果如图2

4 结论

本文利用TRT6000型超前探测系统对磨盘坡隧道砌施工进行超前探测预报,精确高效的探测预报出磨盘坡隧道掌子面（K0+226）到洞口段的范围内，隧道岩体节理裂隙的具体发育状况，隧道围岩的稳定性，以及隧道内裂隙水等各种不良情况突发的可能性。根据此超前地质预报，对隧道实际开挖施工过程中，开挖方式，进尺深度，围岩支护结构等可以及时调整参数，以保证磨盘坡隧道施工安全有效进行。同时，后续隧道开挖掘进过程也印证了TRT6000型超前探测系统的高精度准确性。

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