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(guò)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(guò)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(wú)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(wèn)題都必須依靠施工過(guò)程中的地質(zhì)超前預(yù)報(bào)工作來(lái)解決。因此，隨著施工安全在施工過(guò)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(lái)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(lái)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(lèi)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(wèn)題起到很好的效果，近年來(lái)越來(lái)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(lái)，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(guò)分析，被用來(lái)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(kāi)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(méi)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?？悼h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(lèi)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(wú)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 ?？邓淼肋M(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)?？邓淼肋M(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。

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