TRT6000技术在某隧道浅埋段探水预报中的应用

TRT6000技术在某隧道浅埋段探水预报中的应用

张飞董栋

中国水利水电第三工程局有限公司勘测设计研究院西安710032

摘要：通过使用TRT6000对某隧道浅埋段进行预报探测，具体探测该隧道DK184+575掌子面往小里程方向围岩完整性与富水情况，结合航片影像解译，根据探测图像与现场地质情况推测前方部分区域存在稳定性较差的破碎带，部分区域存在富水情况，采用加深炮孔进行验证与纠偏，对比后期实际开挖揭示的地质情况基本吻合。该方法能有效探测隧道浅埋段的富水情况。

关键词：TRT6000；浅埋段；探水预报；破碎带；富水

1引言

隧道掘进施工过程中，隧道岩体结构失稳与水的作用关系密切，地下水在岩体失稳过程中起重要作用，特别是隧道浅埋段有结构面存在的软弱围岩，地下水引起的隧道灾害后果严重，危害巨大，开挖停工短则几个月，长则半年甚至几年，降低了经济效益，造成不良的社会影响，严重的会造成生命财产的损失。隧道浅埋段富水情况与降雨量、地表汇水区域、河流、水井等关系密切，处于动态变化状态，探水预报需要结合隧道所处环境和水文地质综合分析。前期通过设计资料和航片影像地质解译获得初步情况掌握，施工中采用TRT6000探水预报空间多点激发和接收观测方式，获得真实的三维立体图，能直观体现破碎带和富水区域的位置、形态、大小，根据异常区域情况采取加深炮孔钻探进行验证与纠偏。

2隧道概况

该隧道位于低山丘陵区，地形起伏不大，植被较发育，洞身穿过地层主要为侏罗纪上统张家口组（J3z）熔结凝灰岩，第四系上更新统坡洪积层（Q3dl+pl）新黄土，表覆第四系人工堆积层（Q4ml）素填土，第四系全新统坡洪积（Q4dl+pl）粗角砾土，区内勘测期内无地表水出露，所有沟谷仅在一定规模的集中降雨时形成山洪。隧道范围内地下水为孔隙潜水及基岩裂隙水，隧道洞身内雨季有一定数量基岩裂隙水。本隧道最大埋深67.8m，浅埋段埋深平均深度约30米（包含约20米的回填土）。隧道设计纵断面图如图1。

图3隧道顶面地表局部影像

3TRT6000仪器介绍

TRT6000型隧道地质超前预报系统是采用地震层析成像及全息岩土成像技术，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如下：

R为反射系数，r为岩层的密度，V等于地震波在岩层中的转播速度。地震波从一种低阻抗物质传播到一个高阻抗物质时，反射系数是正的；反之，反射系数是负的。因此，当地震波从软粗岩传播到硬的白云石时，回波的偏转极性和波源是一致的。当岩体内部有破裂带时，回波的极性会反转。反射体的尺寸越大，声学阻抗差别越大，回波就越明显，越容易探测到。原理如图4。

图4用地震波反射来获得地层地质状况示意图

仪器的工作过程为：在震源点上锤击，在锤击岩体产生地震波的同时，触发器产生一个触发信号给基站，然后基站给无线远程模块下达采集地震波指令，并把远程模块传回的地震波数据传输到笔记本电脑，完成地震波数据采集。TRT成像图采用的是相对解释原理，即确定一个背景场，所有解释相对背景值进行，异常区域会偏离背景区域值，根据偏离与分布多少解释隧道前方的地质情况。判断围岩地质情况原则：一般来说，软件设定围岩相对背景值破碎、含水区域呈蓝色显示，相对背景值硬质岩石呈黄色显示；从整体上对成像图进行解释，不能单独参照一个断面的图像。

该系统的优点在于使用锤击作为震源，采用高精度的加速计作为传感器，可重复利用，不需要耗材，可在同一点做多次锤击，通过信号叠加，使异常体反射信号更加明显。克服了爆炸产生的高能量对周围岩体产生挤压、破坏现象，克服了爆炸产生地震波时高频信号迅速衰减的缺点，从而保证能接收到真实的地震波信号，而使用炸药爆炸作为震源每次需要相当费用且增加危险性。

4应用实例

采用TRT6000对该隧道出口DK184+575~DK184+439段进行探水预报，设计地质资料显示该段为熔结凝灰岩，灰绿色~灰褐色，全风化~弱风化，凝灰结构，块状构造，节理裂隙较发育。隧道洞身位于强风化熔结凝灰岩中，岩体较破碎，呈块石、碎石状压碎结构，此段为浅埋段。里程DK184+575地质素描显示掌子面上台阶为新黄土夹碎石，碎石磨圆度较好，粒径大约为7cm，掉块掉渣严重，稳定性较差，下台阶为灰褐色熔结凝灰岩，强风化，岩体破碎，呈碎石状松散结构，掌子面有一处渗水，水质浑浊。掌子面照片如图5。

图7用地震波反射来获得地层地质状况示意图

图8以2500m/s为背景值的分段波速图

结合航片影像地质解译与掌子面地质素描情况推断，得出预报结论：该段有两处含水区域。第一处里程DK184+549~DK184+534段，反射成像较离散，无明显构造特征，岩体强风化为主，完整性差，呈碎石状结构，局部呈黄土，含有基岩裂隙水，埋深较浅，稳定性差，易出现掉块掉渣现象；第二处里程DK184+519~DK184+499段，物探阻抗相对较低，负反射明显，该段为软弱夹层，局部富水，强度相对较差。

在该段进行多次加深炮孔钻探后发现第一处富水区域含水量较大，第二处富水区域含水量相对较小，施工时及时采取注浆措施，防止相互联通的裂隙水持续补给，及时支护，实际开挖后围岩情况与预报结论基本吻合，保证了施工的正常安全进行。

5结语

预报结论要依据设计资料、航片影像解译和掌子面地质素描综合分析，通过对比TRT6000在隧道浅埋段探水预报的结论和实际开挖情况，证明预报结论在富水位置的确定比较准确，但是对于富水含量的多少难以准确探测，原因主要是正常情况一次预报长度在100m左右，下次预报在满足搭接要求下需要开挖施工大概30天，在这个时间段内发生降雨，或者有民用水井导致水量变化，浅埋段的富水区域会相应处于一定范围的动态变化，施工时根据探水预报结论，应该在富水区域提前采用加深炮孔钻探探测，掌握富水量变化，也就是需要结合超前钻探综合判定浅埋段富水情况。

隧道浅埋段围岩的稳定性一般都比较差，TRT6000采用锤击触发，没有爆破扰动，不会对围岩稳定性造成影响，同样可应用于地铁浅埋段的探水预报，有较好的应用前景。

参考文献

[1]朱梦然、程中平、马少松.TRT6000在平巷探水中的应用.山东工业技术，2016（06）.