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歐美大地 公司新聞
全新升級的隧道地質超前預報系統:三維掃描Plus!可控震源Ultra!
發布時間:2023-05-10 瀏覽次數:15786 來源:歐美大地
TRT
超前地質預報
隧道超前地質預報是在分析既有地質資料的基礎上,采用地質調查、超前鉆探、物探、超前導坑預報等手段,對隧道開挖工作面前方的工程地質與水文地質條件及不良地質體的工程性質、位置、產狀、規模等進行探測、分析判釋及預報,并提出技術措施和建議,并對前方圍巖級別進行綜合判斷。
01 超前地質預報的目的
  1. 進一步查清隧道開挖工作面前方的工程地質與水文地質條件,指導工程施工的順利進行。
  2. 降低地質災害發生的概率和危害程度。
  3. 為優化工程設計提供地質資料。
  4. 為編制竣工文件提供地質資料。

02 超前地質預報的必要性
目前交通工程(鐵路、公路隧道)、水電工程(地下廠房、輸水隧洞)等地下工程建設面對的情況越來越復雜,基建工程更多集中在基礎較為薄弱的云、貴、川、藏地區,就拿分步建設中的川藏鐵路來說,其地質復雜情況更是世間罕見,川藏鐵路穿越印度板塊和亞歐板塊碰撞帶,地質情況復雜多變,有地震、滑坡、巖爆、巖溶、泥石流、不穩定巖堆、斷層破碎帶、高溫巖熱、高地應力等等不良地質情況,面臨一系列突水、突泥、塌方等地質災害問題。近年來隧道掘進發生的重大事故比比皆是,如石景山隧道涌水事故、黔南州荔波縣朝陽隧道突水、大瑤山隧道和武隆隧道等發生涌水等,均造成了嚴重的人員及財產損失。

03 超前地質預報的原則
  1. 隧道超前地質預報是保證隧道施工安全的重要環節和重要技術手段,為隧道施工的必要工序。
  2. 隧道超前地質預報應進行地質復雜程度分級,確定重點預報地段,并遵循動態設計原則,根據預報實施工作中掌握的地質情況,及時調整隧道區段的地質復雜程度分級、預報方法和技術要求等。
  3. 隧道超前地質預報可采用地質調查與勘探相結合、物探與鉆探相結合、長距離與短距離相結合、地面與地下相結合、超前導坑與主洞探測相結合的方法,并對各種方法的預報結果綜合分析,相互驗證,以提高預報的準確性。
  4. 隧道設有平行導坑、正洞超前導坑或為線間距較小的兩處隧道時,應充分利用平行超前導坑、正洞超前導坑、先行施工的隧道開展隧道超前地質預報工作。

04 超前地質預報的內容
  1. 地層巖性預測預報,特別是對軟弱夾層、破碎地層、煤層及特殊巖土的預測預報。
  2. 地質構造預測預報,特別是對斷層、節理密集帶、褶皺軸等影響巖體完整性的構造發育情況的預測預報。
  3. 不良地質預測預報,特別是對巖溶、人為坑洞、瓦斯等發育情況進行的預測預報。
  4. 地下水預測預報,特別是對巖溶管道水及富水斷層、富水褶皺軸、富水地層中的裂隙水等發育情況的預測預報。
05 超前地質預報的方法
  • 地質調查法:包括隧道地表補充地質調查、洞內開挖工作面地質素描和洞身地質素描、地層分界線及構造線地下和地表相關性分析、地質作圖等。
  • 超前鉆探法:包括超前地質鉆探、加深炮孔探測及孔內攝影。
  • 物探法:包括彈性波反射法(地震波反射法,水平聲波剖面法、陸地聲吶法等)、電磁波反射法(地質雷達探測)、紅外探測、高分辨率直流電法等。
  • 超前導坑預報法:包括平行超前導坑法、正洞超前導坑法等。

在隧道超前地質預報設計前,應根據隧道的工程地質與水文地質條件、地質因素對隧道施工影響程度及誘發環境問題的程度等,對隧道分段進行地質復雜程度分級。隧道復雜程度分為復雜、較復雜、中等復雜和簡單共4級。


TRT
隧道地震波三維成像技術

01 彈性波反射法
彈性波反射法是利用人工激發的地震波、聲波在不均勻地質體中所產生的反射波特征來預報前方地質情況的一種物探方法,它包括地震波反射法、水平聲波剖面法、負視速度法和極小偏移距高頻反射連續剖面法(簡稱陸地聲吶法)等方法。其中,地震波反射法形成了一套專門的隧道超前預報系統,其原理是通過人工激發地震波,所產生的地震波信號沿隧道方向以球面波的形式傳播,在不同巖層中地震波以不同的速度傳播,在其界面處被反射,并被高精度的接收器接收。



02 隧道地震波三維成像技術
隧道地震波三維成像技術是指通過布置多點激發和接收的觀測系統采集立體空間波場信息,然后應用速度掃描和偏移成像對預報范圍內的每個空間節點疊加該點的所有地震波反射、散射信號形成地震波反射的三維圖像,用來判斷隧道掘進前方存在斷層、破碎帶、軟弱帶,巖溶、富水區等災害體,以及這些災害體位置、形狀、大小。
震源和檢波器的布置——震源和檢波器必須達到一定數量,在X、Y、Z方向上應有足夠偏移距,這是三維成像的基礎。
三維成像應在三維空間中呈現異常的邊界及內部波阻特征。


TRT立體布置震源和檢波器,檢波器多,精度高能呈現異常的邊界及內部波阻特征,真實呈現正常巖體結構和異常部分。

03 TRT隧道超前預報系統軟件的改進
  1. 帶導航,操作簡單
  2. P、S波分別三維成像
  3. P波和S波波速曲線
  4. 增加泊松比曲線
  5. 自動生成報告

TRT-V8000
地震波反射三維掃描成像隧道地質超前預報系統
  1. TRT-V8000是全新一代的隧道地質超前預報系統,其勘測成本低,操作簡單,結果準確、全面、直觀,是隧道超前預報領域經實踐證明了的技術,其主要特點表現在如下幾個方面:
  2. TRT-V8000超前預報使用錘擊或激振震源作為的震源,可重復利用,不需要耗材,而使用炸藥爆炸作為震源每次需要相當費用。
  3. 使用錘擊或激振震源作為震源,可在同一點做多次錘擊,通過信號疊加,使異常體反射信號更加明顯。
  4. 用錘擊或激振作為震源克服了爆炸產生的高能量對周圍巖體產生擠壓、破壞現象,從而保證接收到真實的地震波信號。
  5. 由人控制產生地震波,重復性好,操作簡單,而爆炸產生地震波時高頻信號迅速衰減,對操作人員的要求比較高。
  6. TRT-V8000采用高精度的加速計作為傳感器,靈敏度高(1V/g),最大程度地保留了高頻信號,提高了精度及探測距離(硬質巖中為300米,軟質巖中為150米,黃土地層100米)。
  7. 傳感器和地震波采集、處理器之間采用無線連接,極大簡化了裝備(只有兩個箱子,尺寸見設備配置)。兩個箱子的重量僅為16kg,攜帶方便。
  8. TRT-V8000的傳感器布點(下圖)采用立體布點方式,在隧道兩邊分別布置4個傳感器,隧道頂上布置兩個傳感器,從而獲得真實的三維立體圖,直觀的再現了異常體的位置、形態及大小。而其他儀器一般在左右邊墻各布置一個地震波信息接收器接收地震波,這樣的布置方式只能獲得異常體的位置信息,而不能獲得形狀、大小等信息,同時對于大角度斜交隧道的裂隙可能沒有反映。
  9. TRT-V8000還采用了掃描圖像處理方式,繪制三維視圖,并可以從多個角度觀察缺陷,使得圖像更加清晰,易于理解,從而輕松地進行缺陷診斷。
  10. TRT-V8000能描繪到隧道水平和垂直方向的所有異物。而其他儀器只能描繪幾乎垂直于隧道的充滿空氣或水的裂隙及近距的垂直裂隙,不能描繪稍遠距離的第二或第三裂隙(尤其是充氣裂隙)。對于斜交隧道(由其是大角度斜交隧道)的裂隙沒有反映。對于所描繪的傾斜裂隙,會低估它們的距離。

案例1 斷層破碎帶檢測


案例2 煤層頂、底巖體地質情況的檢測

案例3 采空區檢測

可控震源和沖擊震源(大錘)對比
TRT-V8000系統有兩種震源可供選擇:可控震源和沖擊震源??煽卣鹪赐ㄟ^工業振動器產生能量,該振動器發出100Hz至3000Hz的掃頻正弦波。沖擊震源通過錘擊產生能量。兩者都是確定地下結構的有效震源,但可控震源能夠在更短的時間內生成更高分辨率的圖像。
這是由于信號更好的疊加帶來的好處。使用可控震源,能量隨著時間以精確的方式積累。更易于疊加,因為振動能量是可重復的,每次都可以施加在相同的位置、力和角度,并且較低的能量輸入不會使巖石破裂。震源的高重復性與精確計時相結合,允許疊加多(5至7)條記錄。
錘擊在短時間內向巖石中釋放出相對較大的能量。相較于可控震源,錘擊疊加效果稍遜,因為很難在相同的位置、力和角度重復錘擊,并且每次敲擊后巖石都會變形和破裂。
疊加增強了有用的信號,同時減少了不必要的地震噪聲。此外,掃頻震源信號的唯一性以及與加速度計接收的信號的互相關聯進一步過濾了地震噪聲。疊加還可以減少地震記錄的數量,使數據處理更容易、更快。

掃頻震源已成功應用于新奧法隧道和TBM隧道以及采礦巷道,應用于包括日本、英國、中國和南美的多個隧道工程。在巴西某項目中,在3km長的 TBM隧道中進行了40次測試,每個測試預報范圍為隧道面前方200m,得到隧道面前方的異常,準確率約為90%。上述測試專門用于探測花崗巖中的主要含水區域,第一次含水異常在TBM前方約175m處,第二次在工作面前方51m處。開挖驗證,它產生了大約3000升/分鐘的水流。

震源通過TBM盾構片的進入口接觸到隧道圍巖

震源直接按壓在混凝土表面