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        TRT技術(shù)在某高速公路隧道施工地質(zhì)預(yù)報(bào)中的應(yīng)用

        2015-10-21 17:25:25周攀峰

        周攀峰

        摘要:施工地質(zhì)預(yù)報(bào)是保證隧道施工安全的重要手段。在隧道施工中,由于勘察設(shè)計(jì)的局限性和隧道圍巖地質(zhì)條件的復(fù)雜多變性,因此難以對(duì)復(fù)雜的地質(zhì)情況做出準(zhǔn)確的微觀把握,往往造成地質(zhì)勘探資料與實(shí)際情況不符,經(jīng)常遇到巖溶突水、軟弱圍巖大變形、塌方、沉陷、巖爆、瓦斯突出等地質(zhì)災(zāi)害,導(dǎo)致人身傷亡,工期延誤。TRT技術(shù)通過獲取掌子面前方較長(zhǎng)距離內(nèi)的圍巖及地下水賦存情況信息,為隧道施工安全提供預(yù)警,其預(yù)報(bào)成果對(duì)業(yè)主確定實(shí)施設(shè)計(jì)變更提供了科學(xué)依據(jù),提高隧道施工過程中的安全性和經(jīng)濟(jì)性。

        關(guān)鍵詞:TRT;施工地質(zhì)預(yù)報(bào);隧道;層析成像

        1. 引言

        隧道是一個(gè)線狀的隱蔽工程,且深埋于地下,其巖體的工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件復(fù)雜多變。特別是埋藏很深的長(zhǎng)隧道,限于目前的地質(zhì)勘探水平,試圖在工程勘察階段就準(zhǔn)確無誤地查明其工程巖體的狀態(tài)、特征,以及可能發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的不良地質(zhì)體的位置、規(guī)模和性質(zhì)是極其困難的,這些問題都必須依靠施工過程中的地質(zhì)超前預(yù)報(bào)工作來解決。因此,隨著施工安全在施工過程中日益占據(jù)主導(dǎo)位置,超前地質(zhì)預(yù)報(bào)逐漸在隧道建設(shè)中發(fā)揮出重要作用,并成為保證安全施工所必不可缺的手段。

        隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)由來已久,超前預(yù)報(bào)的方法主要有隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)系統(tǒng)( TSP) 、水平聲波剖面( HSP) 法、陸地聲納法、探地雷達(dá)( GPR) 法、超前鉆孔法、隧道反射層析掃描成像超前預(yù)報(bào)技術(shù)(Tunnel ReflectionTomography, TRT)等幾種。TRT 技術(shù)的突出特點(diǎn)是觀測(cè)方式實(shí)現(xiàn)了三維空間觀測(cè),機(jī)器自動(dòng)化程度高,軟件使用簡(jiǎn)單,可以不需要炸藥爆炸來產(chǎn)生地震信號(hào),費(fèi)用相對(duì)較低,與其它超前預(yù)報(bào)方法相比,TRT 法界面定位、巖體波速及其類別劃分等方面具有較高的精度,可探測(cè)隧道工作面前方的不同地質(zhì)狀況,如異常出現(xiàn)的巖體和空洞等,并能斜交隧道( 尤其是大角度斜交隧道) 裂隙也能很好地反映,特別對(duì)于解決含水、破碎巖石構(gòu)造的超前預(yù)報(bào)問題起到很好的效果,近年來越來越多地應(yīng)用于地質(zhì)超前預(yù)報(bào)中。

        2. TRT技術(shù)介紹

        2.1 基本原理

        TRT技術(shù)實(shí)際上就是地震波反射層析成像。其基本原理是當(dāng)?shù)卣鸩ㄓ龅铰晫W(xué)阻抗差異界面時(shí),一部分信號(hào)被反射回來,一部分信號(hào)透射進(jìn)入前方介質(zhì),聲學(xué)阻抗的變化通常發(fā)生在地質(zhì)巖層界面或巖體內(nèi)不連續(xù)界面(圖 1 )。反射的地震信號(hào)被高靈敏地震信號(hào)傳感器接收,通過分析,被用來了解隧道工作面前方地質(zhì)體的性質(zhì)(軟弱帶、破碎帶、斷層、含水等)、位置及規(guī)模。

        圖1 TRT工作原理示意圖

        2.2 數(shù)據(jù)采集

        TRT 系統(tǒng)需要安裝的傳感器較多,在不同的部位共安裝10 個(gè)傳感器。在距離最后一個(gè)震源點(diǎn) 10 m處開始布置傳感器,左右邊墻各 4 個(gè),每隔 5 m(里程方向)布置一個(gè),隧道中心線拱頂處布置 2 個(gè)。傳感器與孔壁的藕合必須緊密,施測(cè)時(shí)隧道中應(yīng)沒有其它振動(dòng)源。儀器震源位于掌子面附近,兩側(cè)各布置兩組,每組沿豎向( 高程方向) 布置三個(gè)震源點(diǎn),每個(gè)震源點(diǎn)相差大約 1 m,兩組間隔 2 m( 里程方向) ,采用測(cè)量設(shè)備( 經(jīng)緯儀或者全站儀) 測(cè)量傳感器相對(duì)于隧道中軸線分布及激發(fā)點(diǎn)的精確位置。TRT 在隧道內(nèi)震源及傳感器的布置如圖2所示。

        圖2 TRT系統(tǒng)震源及傳感器布置示意圖

        3. 應(yīng)用實(shí)例

        在建??邓淼罏橐蛔咚俟贩蛛x式特長(zhǎng)隧道,進(jìn)口位于保康縣城關(guān)鎮(zhèn)云溪溝村一組,出口位于保康縣城關(guān)鎮(zhèn)堰塘村,隧道軸線方向約310°,呈南東-北西向展布。左幅里程樁號(hào)ZK101+220~ZK105+909,全長(zhǎng)4689m,最大埋深約403m;右幅里程樁號(hào)YK101+275~YK105+897,全長(zhǎng)4622m,最大埋深約400m。

        左洞進(jìn)口掘進(jìn)至ZK102+109,圍巖為下奧陶統(tǒng)(O1)中厚層狀泥質(zhì)灰?guī)r,層理較發(fā)育,產(chǎn)狀15°∠54°,洞軸走向?yàn)?75°,層間結(jié)合較差。結(jié)構(gòu)面發(fā)育一般,層理面為最發(fā)育的結(jié)構(gòu)面,閉合,巖體較完整,穩(wěn)定性較好,局部可能發(fā)生掉塊。各類圍巖分布情況可參看掌子面素描圖(圖3)。

        圖3 ZK102+109掌子面素描圖

        圖4 ZK102+109掌子面照片

        采用TRT方法對(duì)??邓淼肋M(jìn)口左洞ZK102+109掌子面進(jìn)行施工地質(zhì)預(yù)報(bào)探測(cè),結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)調(diào)查,推測(cè)ZK102+109~ZK102+170段圍巖波速無明顯變化,推測(cè)該段圍巖稍軟弱,整體完整性尚好;ZK102+170~ZK102+260段,長(zhǎng)90m,該段圍巖波速變化較大,整體波速低,推測(cè)該段圍巖軟弱,巖體較破碎,節(jié)理、裂隙較發(fā)育。

        圖5??邓淼肋M(jìn)口左洞ZK102+109掌子面TRT施工地質(zhì)預(yù)報(bào)右視圖

        圖6 保康隧道進(jìn)口左洞ZK102+109掌子面TRT施工地質(zhì)預(yù)報(bào)斜視圖

        4. 結(jié)論

        TRT技術(shù)在隧道施工地質(zhì)預(yù)報(bào)中有施工干擾小、適宜性強(qiáng)、操作方便、及時(shí)高效等優(yōu)點(diǎn)。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)調(diào)查,TRT隧道施工地質(zhì)預(yù)報(bào)方法對(duì)保康隧道進(jìn)口左洞ZK102+109掌子面的勘察,精確預(yù)報(bào)了圍巖破碎含水的位置和規(guī)模,保證了施工安全、順利的進(jìn)行。

        參考文獻(xiàn)

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