TRT 与TST 技术在喇叭河隧道施工超前地质预报中的应用

关义柱

（四川公路工程咨询监理有限公司，成都610041）

1 引言

超前地质预报是依据地勘资料及掌子面揭露的地质条件，采用长中短距离的不同的超前预报手段进行隧道工程地质条件的预测，针对不同地质特征预测成果，及时提供隧道施工建议，为保证施工安全提供技术支持。喇叭河隧道为特长隧道，隧址区范围内岩性主要为花岗岩，中～粗粒结构，块状构造。隧址区地下水主要为松散岩类孔隙水及岩浆岩裂隙水。隧道围岩整体较为破碎，个别段落围岩裂隙发育，洞顶及隧道左右洞壁围岩局部稳定性很差，雨季施工期间，隧道裂隙水发育，局部区段存在涌水。为保证隧道施工的顺利进行，需视掌子面具体的工程地质条件进行超前地质预报工作。该隧道采用了TRT、TST 2种长距离超前预报方法进行探测工作。为比较TRT、TST 2 种技术的优劣，在接近同一段落内进行了超前预报工作。

2 超前预报基本原理

2.1 TRT 技术

本次测试采用TRT6000（Tunnel Reflector Tracing 6000）隧道地质超前预报系统。该项技术的基本原理为：当锤击激发的弹性波在传播过程中遇到波阻抗差异界面时，出现反射和折射，反射信号被后方布置的高灵敏度传感器接收，通过对提取的有效反射信号的分析研究，对掌子面前方的不同工程地质条件进行探测[1]。TRT 现场采集通过空间立体式分布的锤击震源和检波器，采用无线传输方式进行。现场通过锤击左右初支各6个激振点，每个激振点锤击3 次，每次锤击激发弹性波的同时，基站通过触发器产生触发信号给后方初支安置的11 个无线远程模块下发采集指令，并将远程模块采集的弹性波信号传输至电脑主机，完成整个采集过程。TRT 震源和检波器布置示意图如图1 所示。

图1 TRT 震源和检波器布置示意图

2.2 TST 技术

本次测试采用的TST（Tunnel Seismic Tomography）隧道地质超前预报系统是隧道散射地震成像技术的简称[2]。现场采集系统采用左右初支靠近掌子面处各布设4 个检波器，之后再各布设4 个炮孔的空间布置方式进行。弹性波在炮孔中通过小规模爆破激发，在传播过程中被前方检波器接收，通过有线或无线方式传输至采集主机，完成整个采集过程[2]。TST 系统现场采集示意图如图2 所示。

图2 TST 系统现场采集示意图

3 工程应用实例

3.1 TST 工程应用

当喇叭河隧道左线开挖至ZK71+965 时，节理裂隙较发育，围岩较破碎，掌子面左侧拱腰可见点滴状出水，左右侧拱腰及拱顶有局部掉块现象。为保证施工安全，采用TST 技术进行超前预报工作，此次预报范围为ZK71+965～ZK71+865。根据图3并结合地质资料分析得出以下预报结果：

1）0～20m（ZK71+965～ZK71+945）段纵横波反射均较强烈，红蓝条纹逐层分布，正负反射相间，纵波波速较为平稳，横波波速出现跳动增大趋势。初步分析该段围岩强度软硬互层，变化频繁，围岩完整性较掌子面较为类似，裂隙较发育，完整性较差，施工中拱顶及左右拱腰可能出现掉块或滑塌现象，围岩级别建议为Ⅳ。

2）20～46m（ZK71+945～ZK71+919）段围岩纵波波速相对稍高，强度稍高。偏移图像中洞身两侧范围红蓝条纹较多。初步分析该段隧道左右侧裂隙较发育，围岩稳定性较差，施工中注意隧道左右侧可能出现的坍塌，围岩级别建议为Ⅳ。

3）46～73m（ZK71+919～ZK71+892）段纵横波反射较强烈，蓝色及红色条纹分布区段较宽，且呈现分层及间断分布特点，纵横波波速较前段降低，且波速值均较小。初步分析该段围岩强度呈现软硬不同区段相间分布，以较软岩为主，裂隙较发育，部分区段很发育，岩体稳定性较差，施工中注意围岩滑塌，围岩级别建议为Ⅳ。

4）73～100m（ZK71+892～ZK71+865）段纵横波反射较弱，未见大范围蓝、红条纹分布，个别区段蓝红条纹可见，以单一条纹为主，纵横波波速较为平稳，且波速值较前段增大，波速值较高。初步分析该段围岩强度较高，以较硬岩为主，裂隙局部段落较发育，围岩完整性一般，稳定性较好，围岩级别建议为Ⅲ。

图3 地质构造偏移图和波速分布曲线

3.2 TRT 工程应用

当喇叭河隧道出口左线开挖至ZK71+951 时，围岩条件进一步变差，采用了TRT 技术进行超前预报。此次TRT 预报范围为ZK71+951-ZK71+853。综合预测成果（见图4）及地质勘查资料得出以下预测成果：

1）0～74m(ZK71+951～ZK71+877)段围岩地震波反射界面呈现条带状反射和点滴状反射相间分布特点，且反射点较离散，正负反射相间，以负反射为主，整体反射强烈，波速出现震荡，整体波速较小，初步分析该段裂隙较发育，局部很发育，裂隙水局部较发育，围岩强度呈现软硬互层，围岩整体较破碎，局部围岩破碎，岩体整体稳定性较差，拱顶及左右侧拱腰出现滑塌和掉块的可能性很大，围岩级别建议为Ⅳ。

2）74～98m(ZK71+877～ZK71+853)段地震波反射不明显，局部可见点滴状反射，波速值较前段增大，且波速呈现上升趋势，初步分析该段裂隙稍发育，围岩整体较完整，岩体稳定性一般，围岩级别建议为Ⅲ。

图4 TRT 技术超前预报三维图

4 结语

经过现场地质条件与预报成果比对表明，TRT 与TST 技术预报精度均能够满足施工安全需要。这2 项技术在预报围岩破碎带、裂隙发育、岩体强度等与实际有着较高的吻合。TRT 技术现场采集通过空间布设震源点和检波器，利用无线传输方式进行数据获取，得出地质异常体三维边界信息和内部波阻结构信息，较容易对地质异常体性质做出判断；现场数据采集便捷，数据采集时间大大缩短。TST 技术在进行数据分析提取有效信号时，采用了波场分离技术，保证了预报可靠性；采用隧道双侧观测系统，其走时数据能同时确定围岩波速分布和界面位置；率先将方向滤波技术引入隧道超前预报中，可有效提取反射波，确保了信号的可靠性[3]。