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TRT隧道地动波三维成像超前预告系统在双线铁路隧道勘探中的应用
宣布时间:2023-12-06 浏览次数:1723 泉源:乐发welcome登录入口
摘要
TRT(True Reflection Tomography)真地动反射成像法是使用岩体中不匀称面的反射地动波举行超前探测,它是美国NSA工程公司开发的新要领,外洋已现实应用该法在视察方法和资料处理要领上与TSP法及负视速率法均有很大差别,它接纳空间多点引发和吸收的视察方法,其检波点和引发点呈空间漫衍,以便充分获得空间场波信息,从而使前方不良地质征象的定位精度大大提高。本文主要先容TRT产品自己的同时团结案列来先容TRT手艺在隧道工程勘探中的优点。
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勘查要领

TRT真地动反射成像预告手艺

1 探测原理

TRT-V8000接纳地动波反射体三维成像手艺,该手艺使用锤击(某人工扫泼魅震源)触发地动波信号在岩体内撒播,当遇到声学阻抗差别界面时,一部分信号被反射回来,并通过多个震惊传感器吸收,最后通过剖析地动波反射信号来评价前方地质情形。在探测前方泛起岩体破碎、节理裂隙、岩性转变接触带、含水或空腔结构等时,反射信号会反应出撒播介质的转变,体现为从低阻抗撒播到高阻抗反射系数为正;反之,反射系数为负。

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通过差别位置的多个震惊传感器吸收到反射信号的时程差别可盘算异常体的空间位置和巨细。正常入射到界线的反射系数盘算公式如下:
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式中R代表反射系数,ρ1、ρ2 划分代表反射 界面两侧介质的密度,V1、V2 划分代表地动波在反 射界面两侧介质中的撒播速率。


2 装备组成及视察系统

TRT-V8000的硬件系统由1台主机、1个基站、10个检波器组成、特殊选配一个扫泼魅震源,主机中包括波形收罗软件和数据后处理软件。震源点及检波器安排如图所示。仪器的事情历程为:在震源点上锤击爆发地动波,地动波在岩体中撒播,锤击的同时触发检波器最先吸收地 震波信号,完成数据收罗后,通过基站将数据传输到电脑主机,完成一次引发收罗。

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装备组成
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扫泼魅震源

TRT-V8000的视察系统由10个检波器安排点、12个震源点组成。整个视察系统的传感器布设要求尽可能对称布设。震源间距的2米是硬性要求,不得更改。震源与传感器的距离、传感器之间的距离可以成比例缩小。

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传感器布设俯视图                                             传感器布设横截面

小结

① TRT在摒弃炸药震源的基础上使用人工震源,使得在现场布设时更利便、更快捷、更清静。

② TRT立体安排的视察系统,这是真三维成像的基础也是区别于其它产品的特点。

③ TRT的视察系统对现场要求很低,顺应种种条件,在隧道进洞30米左右即可布设。


应用案例

TRT在奥地利Unterwald隧道的应用


1 工程地质配景

Unterwald隧道是一条双线铁路隧道,长度为1076米,标准横截面为100平方米。隧道与山坡平行,笼罩层可达90米。为了获得可靠的岩石和围岩参数数据,举行了现场和实验室试验。为增补地下勘探,开展了折射地动、电阻率、电磁等地球物理视察。

项目区其特点是含有高度各向异性的岩石,含石英量不等。岩体主要由片麻岩和石英片岩组成,无意夹有绢云母页岩、绿泥石页岩和含碳页岩。层理与隧道平行,倾角平均为25°至35°,与山坡平行。

2 TRT铁路隧道勘探成像效果

在初始的现场勘探中,展望开掘的前170到200米为由密实的块状围岩组成的坡积物,坡积物与坚硬基岩的接触面没有被详细确定。为了适外地妄想开掘要领,并在现场准备适当的支持介质,准确地相识这个接触面将节约相当多的本钱。

这是TRT要领首次应用于软弱的、极端重大的地层条件以及高度各向异性介质的情形。效果显示,由于块状围岩和软基质的高衰减,最大可靠成像距离为60到70米(相比于硬质岩中预期的100到150米)。第二次地质预告的成像距离包括最初展望的基岩接触区域,是在隧道里程152米处举行的,成像规模里程约到210到220米处。最初使用双速率模子,底部是高速率基岩,但数据不确定。图1显示了从第二次处理中获得的层析图,使用与群集层性子相对应的匀称速率模子。

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层析图在隧道掌子眼前方约5米处显示出局部的黄色高阻区域(紫圈部分),团结现场情形推测为一个硬质岩块,而现场开挖也验证了是大块的石英千枚岩。图2是在里程161米处拍摄的隧道面照片,与成像效果相符。层析图效果还显示,在隧道轴线右侧约里程190米处(掌子眼前方约40米处)有一个正负异常的交接处(红圈部分)。团结现场情形推测为一个异常界面,而现场开挖也验证了是一个基岩接触面,这个局部异常特征是较量典范的基岩接触。图3显示了遇到的基岩接触面照片,位于191到192米的里程。接触面由大的平面墙状节理断裂形成;疑杂蟹缁,普遍漫衍着(约1米距离)险些笔直于隧道面且陡倾的开裂。节理填充有厚度达20厘米的砂砾。

152米里程的这次预告,是TRT预告准确性的标准示例,关于掌子眼前方的两个异常都做出了完善的反应,并且预告的位置与现实开挖验证的位置相差无几。


3 成像断层带和成像重复性

若是说单次的预告准确具有无意性,那么693米里程的第七和771米里程的第八次预告是TRT要领重复性和潜在准确性的标准示例。第七次预告的效果显示,在开挖前约25米处保存一个破碎带,后面是相对均质的地层条件。图4显示了第七次预告的成像效果,接纳了差别的衰减模子,以进一步审查开挖前方的情形。

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图4 第七次预告的成像效果

在距离隧道面约150米的825到840米站周围显示了一个异常。初始现场勘探已经提供了可能在该区域保存断层带的证据。第七次预告成像的异常与遇到的地质条件相当吻合。第八次预告时隧道面位于771米处,初始速率模子未显示眼前有任何异常。因此接纳了第二个速率和衰减模子,并在图5所示的785到835米站周围识别了几个异常。

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图5 785到835米站周围识别了几个异常

最初的异常被形貌为可能是破碎带,而从820到840米处的异常被诠释为断层带。现场开挖展现为包括两组笔直漫衍的不一连性,间距为0.5到1米,与隧道以60°至70°的角度相交的断层。在820米处,隧道进入一个8米宽的清晰切割带,陡倾70°向东走向,与隧道面笔直。该断层的位置与第七次预告成像的特征相符。两次预告之间信息量的差别显示了差别的衰减模子可以用于识别靠近开挖的较小特征或远距离的较大特征。本次预告中识别的异常及其诠释与遇到的地质条件在前面的图表中显示得很是一致。


小结

① TRT预告的准确性很高。不管是近掌子面的异U站删嗬150米以上的异常。针对差别的地质情形可以使用差别的速率模子。

② TRT预告的准确具有普遍性。关于820米到840米的断层,两次预告都做出了完善的成像,这说明,TRT预告准度并不是无意的。


应用案例

TRT在高铁山岭隧道的应用

1 工程地质配景

青阳隧道是济青高铁唯逐一座山岭隧道,穿越长白山低山丘陵区,全长10.1 km,为单洞双线隧道。经由钻探和地质视察,查明DK43+364.6~DK43+499段落围岩岩性为安山岩,斑状结构,块状结构,硬质岩,弱风化,节理裂隙较发育,岩体较完整,呈巨块或大块状结构。使用自然源音频大地电磁法(AMT)举行探测得出,DK43+450~DK43+525段落为二类物探异常区。综合分出:DK43+364.6~DK43+450段落围岩分级为Ⅱ级,DK43+450~DK43+499段落围岩分级为Ⅲ级。


2 TRT超前地质预告效果

隧道开挖至DK43+364后,使用TRT6000对DK43+364.6~DK43+499段落举行超前地质预告,得出段落纵波波速漫衍及三维地动反射界面漫衍(见图6),团结区域地质资料、事人情地质素描资料以及加深炮孔资料举行综合剖析,预告效果如下。

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里程DK43+364.6~DK43+427段

预告:

波速整体较稳固,三维成像图无显着异常区域,推测围岩较完整,地下水不发育,预告围岩分级为Ⅱ级。

开完验证效果:

揭破围岩岩石为弱风化安山岩,节理不发育-较发育,岩体较完整,地下水不发育,岩体呈块状结构,围岩分级为Ⅱ级。

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里程DK43+427~DK43+469段

预告:

三维成像局部泛起少许离散反射。推测围岩岩体较破碎,稳固性、完整性变差。预告围岩分级为Ⅲ级。

开完验证效果:

揭破围岩岩石为弱风化安山岩,节剃头育-较发育,岩体较破碎,事人情湿润,岩土呈块石状镶嵌结构,围岩分级为Ⅲ级。

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里程DK43+469~DK43+499段

预告:

纵波波速为4000~3100m/s,DK43+481以后波速在3100m/s周围震荡转变,三维成像图泛起强烈离散反射,黄色区域被蓝色区域纪律性切割,推测围岩岩体破碎,节理麋集带发育,局部夹软弱夹层,地下水较发育,稳固性、完整性差,开挖后支护不实时易爆发坍塌。预告围岩分级为Ⅳ级。

开完验证效果:

揭破围岩岩石为弱风化安山岩,节剃头育,局部发育麋集,岩体破碎-较破碎,事人情湿润,岩体呈块碎状镶嵌结构,围岩分级为Ⅲ级。

DK43+490以后:围岩变差,岩石为强风化安山岩,发育两组节理,其中一组节剃头育麋集,节理交 错切割岩体呈碎石状压碎结构,事人情右侧局部有软 弱夹层,事人情渗滴水,超前地质预告效果获得验证。

高铁山岭隧道的这次TRT预告是一次标准且经典的预告案例,也是大大都情形下的TRT预告模板,本次预告的预告距离抵达了130米,并且乐成预告出了100米之后的强风化围岩与破碎带,证实晰人工震源的能量足以探测到100米以上。

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小结

① 使用人工锤击作为震源,情形污染小、预告本钱低,缩短了预告辅助作业时间,降低了对施工工序的滋扰。青阳隧道TRT预告作业时间一样平常为30~40min。

② 使用锤击作为震源且可以在统一点上举行重复锤击,能够最大限度地吸收反射回来的高频信号,提高了展望精度和展望距离。

③ 传感器安排为三维立体方法,能充分获取空间波场信息,可以准确获得事情眼前方不良地质体反射界面的三维特征,提高了定位精度。


结论

从上面的两个示例可以看出,TRT要领能够准确展望岩体条件的转变。TRT提供的差别的速率模子,可以适外地展望在开挖历程中可能遇到的条件,以及一直转变的地质条件是否会影响开挖行为。这还包括更多关于将特征外推到适当位置的信息。

在Unterwald隧道中,True Reflection Tomography(TRT)地动成像要领被系统地应用于识别与隧道轴线相交的潜在薄弱区。TRT在Unterwald隧道中的应用,两次预告均对统一个异常做出很好的响应,充辩白明TRT在预告准确度上具有优异的体现。

在高铁山岭隧道中,TRT的高迅速度传感器和人工震源的配合,充辩白明人工震源的能量可以撒播到至少100米以上,并且被传感器吸收。事实上预告距离的是非,除了和震源能量的巨细有关系,还和围岩情形、传感器迅速度、装备信噪比有关系,预告距离的远近并不是说能量越大越好,它受多种因素影响,古板炸药的能量事实上是指数衰减的,并且会在震源周围引起塑性形变,TRT的传感器迅速度很是高,中等围岩的情形下预告距离可以预告150米左右。

总体而言,TRT要领提供了优异的效果,由于大大都主要特征和异常都能够成像。在所有相关方之间(地质、现场、监测等部分)有适当的相同,确定在给定地质情形中系统的优势和劣势的情形下,该要领可以确认一样平常但不是详细的特征位置,同时也可以发明意外的地质条件。超前地质预告是一项综合性的事情,将在差别地质条件下,在获得更多履历的历程中可以一直刷新检测的效果的准确性。


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