trt-6000在山西中南部铁路通道隧道工程中的应用研究

分类号：密级：UDC：编号：河北工业大学硕士学位论文TRT-6000在山西中南部铁路通道隧道工程中的应用研究论文作者：张曙光学生类别：在职攻读专业学位类别：工程硕士领域名称：建筑与土木工程指导教师：王贵君职称：教授 DissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterofEngineeringDegreeofArchitecturalandCivilEngineeringAPPLICATIONRESEARCHOFTRT-6000SYSTEMINTHERAILWAYCORRIDORTUNNELPROJECTSOFCENTRALSOUTHSHANXIbyZhangShuguangSupervisor:Prof.WangGuijunOctober2014 原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文不包含任何他人或集体已经发表的作品内容，也不包含本人为获得其他学位而使用过的材料。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人或集体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。学位论文作者签名：日期：2014.10.20关于学位论文版权使用授权的说明本人完全了解河北工业大学关于收集、保存、使用学位论文的以下规定：学校有权采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供本学位论文全文或者部分内容的阅览服务；学校有权将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流；学校有权向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：日期：2014.10.20导师签名：日期：2014.10.25 河北工业大学硕士学位论文摘要随着国家大规模基础建设，隧道工程在各个线路工程中的比重也越来也大；由于隧道受长度、埋深、不良地质等因素的影响，施工过程中会遇到很多问题，例如突水、突泥、塌方、岩溶等。类似的不可预料的地质灾害已经成为困扰工程施工的主要难题。为了保证隧道安全顺利施工，保证施工人员、财产安全，超前地质预报在工程中应用得越来越多，越来越受施工单位重视。TRT-6000系统是我国2006年引进的一种新的超前地质预报系统。由于TRT技术引进晚，国内使用量少，积累的经验少，针对TRT技术应用的提高数据准确性及可靠性的研究更少，操作人员技术水平较低，在很大程度上影响了本技术的推广应用。比较严重的情况是，在使用TRT-6000系统时，由于应用操作不当，后期处理与解释不正确，可能出现误判，对工程施工与安全造成严重的影响。本文依托TRT-6000超前预报系统在山西中南部铁路通道多个隧道工程中的应用情况，着重研究了TRT-6000系统的工作原理、操作要点、数据处理方法，并成功应用于多个隧道工程（标段）的超前地质预报；获得了大量的实测数据和图像，积累了大量的应用经验，进而提出了判定、预报隧道工程中不良地质现象（包括溶洞、断层、突水、突泥等）的准则；总结分析了TRT-6000系统自身存在的问题，提出并实现了系统操作、数据处理过程中的改进优化措施，使得该系统的地质预报工作更加方便、简单、快捷，成本更低，进一步提高了系统预报的准确性，为隧道工程安全、快速、经济施工提供了可靠的技术保障。关键词：地质灾害TRT-6000系统超前地质预报三维图I TRT-6000在山西中南部铁路通道隧道工程中的应用研究ABSTRACTAlongwiththelarge-scaleinfrastructureconstructioninChina,tunnelconstructionoccupiesaneverincreasingproportionintheengineeringofallrailwaylines.Influencedbysuchfactorsaslength,depthofembedment,unfavorablegeologicalconditions,andothers,wemayencountermanyproblemslikewaterinrush,mudextrusion,landslide,andkarsts.Theseunpredictablegeologicaldisastershavebecomemajoraporiainengineeringconstruction.Toensurethesafetyofstaffandproperty,constructioncompaniespaymoreandmoreattentiontogeologicalprediction.TRT6000Systemisanewgeologicalpredictionmethodintroducedin2006.However,duetoitsshortperiodofintroduction,ithasveryfewusersandpeoplejustmadeabriefexplanationofitsusage.Verylittleresearchhasbeendonetoimproveitsdataaccuracyandreliability.Seriousconsequencemayarise,especiallyamonggreenhands,whentheymanipulate,manageandestimateimproperlyintheuseofTRT-6000.BasedonpracticalinformationobtainedfromtheapplicationofTRT6000systeminseveraltunnelprojectsofrailwayconstructioninmiddleandsouthShanxiProvince,thispaperfocusesontheworkingprinciples,operatingessentials,datamanagementmethodofTRT-6000system.Therefore,somesuccessfulpredictionshavebeenmadeandagreatdealofon-the-spotmaterialsandgraphsgathered.Furthermore,principlesonthepredictionofunfavorablegeologicalphenomenalikewaterinrush,projectingmudsoil,landslide,karstshavealsobeenputforward.Tosumup,thispaperanalyzestheproblemsofTRT-6000systemitself,givessomeproposalsonimprovingsystemoperationanddataprocessing,whichwillmakethesystemmoreconvenientandeconomical,simplerandfasteringeologicalprediction.Itishopedthatmoreaccuracyinpredictionwillbeachievedandamorereliabletechnicalsupportwillbeprovidedforasafe,fastandcheapconstruction.Keyword:Tunnelproject,Geologicaldisaster,TRT-6000,Geologicalprediction,Three-dimensionGraphicModelII 河北工业大学硕士学位论文目录摘要.................................................................................................................................IABSTRACT..........................................................................................................................II第一章绪论..................................................................................................................11.1选题背景与意义.............................................................................................................11.2国内外研究现状分析.....................................................................................................11.3研究内容.........................................................................................................................3第二章国内超前地质预报进展..........................................................................................52.1地质雷达超前预报系统.................................................................................................52.1.1地质雷达系统原理...............................................................................................52.1.2地质雷达系统发展概况.......................................................................................52.1.3地质雷达系统在云桂线中的应用实例...............................................................52.2TSP203超前地质预报系统............................................................................................82.2.1TSP203超前地质预报系统预报原理..................................................................82.2.2TSP探测技术发展概况........................................................................................82.2.3TSP203在工程中的应用实例..............................................................................92.3TRT-6000超前地质预报系统.......................................................................................142.3.1TRT-6000超前地质预报系统预报原理.............................................................142.3.2TRT系统发展概况..............................................................................................152.3.3TRT6000系统与TSP203系统比较表...............................................................162.3.4TRT系统在工程中的应用实例..........................................................................182.4红外探水.......................................................................................................................202.4.1红外探水预报原理.............................................................................................202.4.2红外探水在工程中的应用实例.........................................................................21第三章山西中南部铁路通道项目工程地质初步勘探成果............................................253.1项目概况.......................................................................................................................253.2工程简介.......................................................................................................................253.3吾岩河隧道工程概况...................................................................................................253.3.1隧道概况.............................................................................................................253.3.2地层岩性.............................................................................................................263.3.3地质构造.............................................................................................................263.4南山隧道工程概况.......................................................................................................27III TRT-6000在山西中南部铁路通道隧道工程中的应用研究3.4.1隧道概况.............................................................................................................273.4.2地层岩性.............................................................................................................273.4.3地质构造.............................................................................................................28第四章TRT-6000地质预报系统在隧道中的应用..........................................................294.1TRT-6000地质预报系统操作细则...............................................................................294.2TRT-6000地质预报系统结果判断准则.......................................................................314.2.1溶洞.....................................................................................................................314.2.2断层.....................................................................................................................324.2.3突水、突泥.........................................................................................................334.3TRT-6000在南山隧道中的应用...................................................................................344.3.1南山隧道DK551+043～DK550+930段...........................................................344.3.2南山隧道DK550+772～DK550+640段...........................................................384.4TRT-6000在吾岩河隧道中的应用...............................................................................404.2.1吾岩河隧道隧道DK563+058～DK563+170段...............................................404.2.2吾岩河隧道隧道DK570+505～DK575+360段...............................................42第五章TRT-6000系统改进与优化..................................................................................455.1TRT-6000系统存在的问题...........................................................................................455.2TRT-6000系统现场操作过程改进与优化...................................................................455.2.1传感器的安装改进.............................................................................................455.2.2震源的改进.........................................................................................................485.3数据处理过程改进与优化...........................................................................................495.3.1软件存在缺陷.....................................................................................................495.3.2人为操作在数据处理过程中的影响.................................................................495.3.4处理结果分析的优化.........................................................................................50第六章结论........................................................................................................................51参考文献..............................................................................................................................53致谢..............................................................................................................................55IV 河北工业大学硕士学位论文第一章绪论1.1选题背景与意义随着国家对基础建设投入的增多，隧道工程越来越多的应用在线路工程中，由于勘察阶段地质条件复杂，难度大，在施工长大复杂隧道过程中，塌方、涌水、突泥等突发性地质灾害会严重危及施工人员生命、财产安全，所以说开展好隧道工程超前地质预测预报，做到不良地质超前预判，及时做出决策，调整施工方案，处理突发性地质灾害成为工程建设成败的关键[1]。超前地质预报作为隧道施工工序之一，越来越多地受到业主及施工单位的重视，被列入主要控制项目。截止到现在国内长大、重点隧道除仍采用工程地质分析、超前地质钻孔、地球物理探测综合分析实施超前地质预报外，大部分隧道施工过程中超前地质预报采用某种或者几种地球物理探测方法结合地质法实施，只有在遇到复杂地质问题时才配合使用超前地质钻探法进行验证[2]。山西中南部铁路通道项目十二标段采用TRT-6000进行隧道开挖前的超前地质预报工作，由于TRT-6000仪器操作方便，不影响施工，数据处理简单，图像清晰直观可靠等优点，受到业主及监理单位的一直好评，最终确定使用TRT-6000对中南部铁路通道十二标段的隧道进行超前地质预报工作。项目自2010年8月至今一直使用TRT-6000，在使用期间对仪器使用过程及数据处理过程进行了细致的分析和研究，对其中存在的问题进行了改正，使仪器在使用过程中测试结果的准确性有了进一步的提高，为TRT-6000今后使用者提供技术参考。1.2国内外研究现状分析超前地质预报技术方法主要分为地质分析法、现场测试法、地球物理方法和数值模拟法等[3]。上世纪80年代以来，隧道施工超前地质预报技术快速发展，全球已有数百座隧道开展过超前地质预报，技术手段运用呈多样化[4]，可归纳为直接预报法、地质分析法、短距离物探法以及长距离物探法四大类（表1.1）[5]：(1)直接预报法：主要包括超前水平钻孔或超前导洞，该类方法主要缺陷为占用施工作业时间长，费用高；(2)地质分析法：主要包括：断层参数猜测法和地质体投射法，该方法的主要缺陷为分析结果准确性与可靠性取决于技术人员个体能力；1 TRT-6000在山西中南部铁路通道隧道工程中的应用研究(3)短距离物探法：主要有红外探水法、地质雷达探测法，该类方法的主要缺陷为效果较差、预报长度较短(20~30m)，占用施工作业时间较长；(4)长距离物探法：该类方法主要有瑞士生产的TSP203、美国生产的TRT6000，以及中国北京物探研究所生产的TGP、北京同度生产的TST。表1.1隧道超前地质预报主要技术方法归纳表类别方法名称距离（m）主要优点主要缺陷对于平行结构面预报差，占用工超前水平钻孔结果直观，可探水直接取决于钻时长，成本较高预报法进深度结果直观，可用于超前导洞占用工时长，成本较高探水、排水、减压断层参数法效果取决于技术人员的技术能地质地质体投射法低成本，不占工时力，并受地质数据采集等诸多客分析法正洞编录预告观因素限制地震负视速度法最远＞100不占用开挖工作面数据处理软件不成熟需钻孔、放炮、连续，占用工时TSP预报（瑞士）50～150较准确，较经济长，成本较高，遇到平行地质体及含水体预报效果较差TGP预报（国产）150类似TSP方便快捷，精度高，TRT预报（美国）50～200对含水体效果较差成本低，三维成像TST预报（国产）50～150类似TRT技术，但需钻孔，连续物探HSP水平声波剖不占工时，TBM专用，现阶段处于试用试验阶段弹性波面法（地震）探查岩溶洞穴效果陆地声纳法50～100占用工时长，实测剖面较短好面波法未知尚无实际运用报道地质雷达技术对空洞、含水体效＜10或30占工时长，距离短（电磁波）果好全方位探测，不占只能判断有水或者无水，对于数红外探水法＜30工时量大小、水体位置无法判断BEAM法（电法）可预报岩体性状及只能用于盾构法，钻爆法钻头及（德国）含水情况钢架，国内市场未引进地质＋物探综合分析法此方法效果最好，但需要配比专业设备2 河北工业大学硕士学位论文1.3研究内容本文主要研究对象为TRT-6000预报系统，TRT系统的全称为TrueReflectionTomography（真正的反射层析成像），是由美国NSA工程公司在20世纪末～世纪初开发研制的，已经在欧洲及亚洲开始应用。TRT系统实现了空间矩阵式观测，资料处理方法上采用地震偏移成像[6]。图1.1为TRT-6000系统典型的测点布置及成像图。检波器布置在隧道两侧及顶部，震源点布置在隧道两侧和掌子面上，这样就可以最大限度地扩展横向展布，以充分获得空间波场信息，最终提高波速分析和不良地质体的定位精度，相对于TSP及负视速度法有了明显的改进。TRT技术在欧洲隧道超前预报中有成功地应用[7]，如Blisadona隧道、奥地利的过阿尔卑斯山的铁路双线隧道等，预报长度可达100~150m，在软弱土层和破碎岩体地段也可预报60~90m。横断面图平面图图1.1TRT-6000系统典型断面测点布置及成像图3 TRT-6000在山西中南部铁路通道隧道工程中的应用研究我国于2006年引进TRT-6000超前地质预报系统，至今已有8年历史。由于TSP203系统、地质雷达等其他测试技术引进时间早，应用范围比较广，研究人员对其研究得较深入，人们对各类测试仪器及测试技术及其优缺点都有了比较清楚的认识[8]。但由于TRT技术引进晚，国内使用量少，人们对TRT-6000系统工作原理、操作要点、数据处理方法了解不多，容易出现由于操作及后期处理的不当而误判等情况，对施工造成严重的影响和后果。本文依托山西中南部通道项目南山隧道、吾岩河隧道两座隧道的工程实际，研究TRT-6000系统的工作原理、操作要点、数据处理方法，提出判定、预报隧道工程中不良地质现象（包括溶洞、断层、突水、突泥等）的准则，提出并实现系统操作、数据处理过程中的改进优化措施。主要研究内容如下：（1）研究岩溶、断层、地下水等不良地质现象在系统结果中的显现特征和识别方法，解析系统结果。（2）应用于山西中南部铁路通道南山隧道、吾岩河隧道等路段，根据实际地质情况，结合TRT-6000系统超前地质预报分析结果，对隧道地质情况进行推断，并进行围岩划分，判断是否存在不良地质现象，最终指导施工作业。（3）总结实际应用经验教训，发现现场操作及数据处理过程中容易出现的问题，提出针对性的处理办法或预防措施，实现系统操作、数据处理过程中的改进优化措施，提高系统预报的准确性，为隧道工程安全、快速、经济施工提供可靠的技术保障。4 河北工业大学硕士学位论文第二章国内超前地质预报进展2.1地质雷达超前预报系统2.1.1地质雷达系统原理地质雷达法通常是一种地下甚高频到微波段电磁波反射探测法[9]。其工作原理是：发射器通过发射天线向隧道衬砌与围岩中定向发射电磁波，工作时天线贴在掌子面表面，沿测线匀速移动。电磁波在掌子面前方岩体内部定向传播，当遇到有电性（介电常数和电导率）差异的界面时发生反射。反射波由接收电线和接收器接收。另外，最先收到由发射天线经天线所在岩体表面到达接收天线的直达波并作为系统时间的零点。通过对反射波信号进行一系列的后处理（输入有关参数、滤波、放大、改变显示方式和编辑等）后，取反射波往返时间之半，乘以相应介质的雷达波速度即为反射目标深度。再根据反射波的强度、形状及其在竖向和竖（环）向上的变化情况来判别反射目标的性质（目标识别），如断层、空洞及破碎带等。2.1.2地质雷达系统发展概况雷达探测可以追溯到20世纪初，由德国人首次尝试用电磁波探测地下金属[10]。一直到20世纪70年代，随着电子技术的迅速发展，雷达技术才得到完善，探测领域也迅速增多，现已覆盖考古、岩土工程调查、工程建筑结构调查、矿产资源勘探、工程质量检测、灾害地质勘察等众多领域[11]。在隧道工程中，探地雷达主要应用与隧道超前地质预报、隧道质量检测、隧道病害诊断。法国80年代中期就采用探地雷达检测公路隧道；瑞士1994年使用探地雷达检测水工隧道质量。90年代后期，我国学者将探地雷达技术应用到公路建设中，取得了良好的测试效果[12]。进入21世纪，探地雷达在公路、铁路隧道中的应用迅速的增加，公路隧道包括大风垭口隧道、西（昌）攀（枝花）高速公路隧道、垫（江）邻（水）高速公路隧道、304国线阿拉坦隧道等，铁路隧道包括在建的云（昆明）桂（南宁）线铁路隧道、襄（樊）渝（重庆）线铁路隧道、宜（昌）万（州）铁路隧道、大（同）西（安）客专铁路、向（塘）莆（田）铁路等。2.1.3地质雷达系统在云桂线中的应用实例（1）隧道概况保上隧道横洞正洞小里程段该区段属构造剥蚀溶蚀低中山地貌上覆第四系全新统坡残积（Qdl+el）粉质粘土、下覆基岩主要有灰岩、白云岩、白云质灰岩夹硅质岩、45 TRT-6000在山西中南部铁路通道隧道工程中的应用研究页岩等、受区域性地质构造影响、洞身低层岩体节理、裂隙发育，岩体较破碎，地下水发育，围岩自稳定性差；横洞在可溶岩地段，溶蚀较严重，岩溶发育；Dd地层局2部夹炭质页岩，隧道施工加强通风及对瓦斯等有害气体的监测；地下水对混凝土结构有侵蚀性，侵蚀等级为H1；地震动峰加速度为0.05g。（2）探测区域保上隧道横洞正洞小里程段探测掌子面里程为DK402+034，雷达设定距离为30m，故本次报告探测范围为DK402+034～DK402+004。（3）现场测线布置示意图本次探测采用线测加点测，在探测掌子面横向布置2条测线，测点布置在上台阶，高约1.5m，用时间触发采集。（4）探测设备所使用的仪器是由美国GSSI公司生产、劳雷公司销售的SIR－20型地质雷达（图2.1）。其配有40MHz、100MHz、400MHz和1000MHz四种天线，适合于隧道施工中的地质超前预报。针对本次探测对象的工程特点，采用工作频率为100MHz天线进行探测。该仪器的特点是分辨率高，擅长于进行大数据量、高密度的连续探测并实时给出彩色波形图，比较适合本工程检测的需要。图2.1地质雷达实物图本次检测所使用的SIR－20型地质雷达由主机（包括液晶屏）、收发器、收发天线、变压器、信号线、电源线、打标器连接线及系统软件、后处理软件、专用笔记本微机等组成。（5）地质超前预报结果依据雷达探测结果，结合地形地貌、地质分析和洞内地质调查资料，本次超前探测的范围为30m，探测结果如下：保上隧道横洞正洞小里程：前方DK402+034～DK402+004段洞身围岩为中风化6 河北工业大学硕士学位论文砂岩夹泥岩；节理裂隙或层理发育，结构面张开，延伸性好；岩石为较软岩；围岩呈层状构造，完整性、稳定性差，地下水不发育。（6）现场照片图2.2所示为现场雷达探测工作照片。(a)(b)图2.2雷达探测现场照片7 TRT-6000在山西中南部铁路通道隧道工程中的应用研究2.2TSP203超前地质预报系统2.2.1TSP203超前地质预报系统预报原理TSP（TunnelSeismicPredictionahead）法[13]，即隧道前方地震预报或超前地质预报，它的基本原理如下：记录单元：使用12通道24位A/D转换器，动态范围最小为120分贝，所接收信号的频率范围为10到8000赫兹，记录范围从451ms到1808ms@62.5/125µs。接收单元：三分量地震加速度检波器(X-Y-Z分量)，频宽10~5000Hz，灵敏度：1000mV/g±5%。如图2.3所示，在隧道掌子面附近边墙一定范围内布置激发孔，通过孔中人工激发地震波，地震波以球面波的形式在隧道围岩中传播，当围岩波阻抗发生变化时（例如遇岩溶、断层或岩层的分界面），一部分地震波将会被反射回来，另一部分地震波将继续向前传播。反射地震波由高精度的接收器所接收并传递到主机形成地震波记录（见图2.4）。图2.3TSP法工作原理示意图图2.4TSP法波形记录对TSP203仪器采集的数据利用TSPwin软件进行处理，可获得隧道掌子面前方P波、SH波和SV波的时间剖面、深度偏移剖面、岩石的反射层位、物理力学参数等中间成果资料，同时还可得到反射层的二维和三维空间分布，根据上述资料预报隧道掌子面前方的地质情况，如软弱岩层、断层、破碎带及富水情况等不良地质体[14]。2.2.2TSP探测技术发展概况TSP(tunnelseismicprediction)隧道地震波预报勘探，是上世纪90年代由瑞士测量技术公司开发研制的一套超前地质预报系统，从1994年沿用至今，TSP隧道地震超前地质预报系统应用与全世界范围内诸多国家如瑞士、意大利、日本、韩国、瑞典、8 河北工业大学硕士学位论文中国等国家的公路、水运、铁路隧道、矿山巷道当中，进行了颇有成效的超前地质预报工作，带来了新的技术浪潮，丰富和发展了隧道施工超前地质预报工作[15]。TSP203测量系统是安伯格测量技术公司在TSP202测量系统的基础上研制开发的新一代测量产品，该产品吸取了TSP202测量系统的丰富经验并对其硬件和软件作了改进和更新。系统配套软件(TSPwin)可使普通用户在MSWINDOWS界面上操作，用户只需用一个相关软件就可完成数据采集、处理和评估。因此，可为用户提供最大限度的辅助作用[16]。根据TSP203法的原理和工作经验，把距离隧道轴线近、能量大的反射波组判释为围岩异常区，并综合频谱分析资料、地震波速、反射波相位、泊松比和动态杨氏模量等参数对围岩异常区类别划分[17,18]。2.2.3TSP203在工程中的应用实例（1）工作概况本次测试日期为2010年8月13日，测试隧道为雪峰山隧道三洋斜井正洞左线出口，测试完成日期2010年8月13日。（2）TSP203系统预报原理记录单元：使用12通道24位A/D转换器，动态范围最小为120分贝，所接收信号的频率范围为10到8000赫兹，记录范围从451ms到1808ms@62.5/125µs。接收单元：三分量地震加速度检波器(X-Y-Z分量)，频宽10~5000Hz，灵敏度：1000mV/g±5%。TSP203地质超前预报系统是利用地震波的反射原理进行地质预报。预报时，通过爆破产生的地震波，地震波在隧道中的岩体内传播，当遇到地震界面时，如断层、破碎带、溶洞、大的节理面等，一部分地震波就被反射回来，反射波经过短暂时间到达传感器后被接收并被记录主机记录下来，然后经专门的物探分析软件进行分析处理，就得到清晰的反射波图像。再通过对反射波特征的分析，如发射与反射之间的时间差、相位差、反射信号强弱、纵波与横波的比率等，并结合区域地质资料、跟踪观测地质资料就可以确定隧道前方及周围区域地质构造的位置和特性。（3）测线布置本次测试安装一个传感器；爆破孔共计20个，布置在左边墙上。（4）初步分析节理、裂隙发育，以层状构造为主，开挖时容易滑块。（5）预报结论通过对掌子面前方110m(DK309+290~DK309+400)内围岩的岩性参数，如波速、泊松比、杨氏弹性模量等进行的分析，结合数据处理后的二维图和掌子面地质观测的信息可以得出如下结论（见表2.1、2.2、图2.5）：9 TRT-6000在山西中南部铁路通道隧道工程中的应用研究根据解释成果，该段围岩根据波速变化分为DK309+290~309+331、DK309+331~309+352、DK309+352~309+378、DK309+378~309+400四段。根据Vp/Vs增加判断中间两段里程存在水。（6）分析结果与现场开挖结果对比现场实际施工至里程DK309+327~309+373段时，掌子面围岩较好，但围岩中存在裂隙水，整段距离内围岩整体状况预报结果与实际开挖情况基本一致。表2.1雪峰山隧道三洋斜井左线出口（DK309+290~309+400）TSP方法解释结果表里程长度(m)推断结果备注围岩为弱风化花岗岩；节理、裂隙较发育，局部发育；围岩强度较高，为硬质岩，局部为较硬岩，呈软硬岩互层，中粗粒结构，1DK309+290~309+33141薄~中厚层状构造；完整性较差、稳定性稍好，开挖时局部易滑块；地下水不发育。围岩情况比掌子面稍差。建议采用简单支护。围岩为弱风化花岗岩为主；节理、裂隙较发育，结构面密合，无充填；岩石强度较高，为坚硬~硬岩，呈软硬岩互层，中粗粒2DK309+331~309+35221结构，层状构造；完整性、稳定性一般，局部易滑层；该段里程地下水发育，局部为线状流水。围岩为弱风化花岗岩；节理、裂隙较发育，局部发育；围岩强度较高，为硬岩，局部为较硬岩，呈软硬岩互层，中粗粒结构，3DK309+352~309+37826薄~中厚层状构造；完整性较差、稳定性稍好，开挖时局部易滑块；地下水较发育，局部线状流水。建议采取简单支护。围岩以微风化花岗岩为主；节理、裂隙不发育，无其他物质充填；岩石强度很高，4DK309+378~309+40022为坚硬岩，块状构造；围岩整体完整性、稳定性好。10 河北工业大学硕士学位论文表2.2反射面岩性参数表反射波波速纵横波速剪切模量杨氏模量序号反射面里程泊松比的类别（m/s）度比（Gpa）（Gpa）1P309，28147481.740.2531832SH309，31528001.760.2631813SV309，31627341.730.2532854P309，29347511.750.2630785SH309，29326551.720.2431816SV309，29427391.790.2728757P309，30147651.730.2530808SH309，30026821.710.2431819SV309，29927351.760.26297610P309，30947681.720.25318111SH309，31027021.720.24318212SV309，30927831.750.26297813P309，31745141.830.29277314SH309，31627311.90.31256715SV309，31627471.750.26308016P309，32049651.70.24328317SH309，31828941.60.18379418SV309，32226931.650.21358919P309，31450021.660.22338420SH309，31528581.580.16389621SV309，31428021.650.21348722P309，34746731.510.114310823SH309，34636651.80.28297724SV309，34027261.31-0.26113925P309，32645631.670.22338626SH309，32729621.850.29267027SV309，32626601.60.18379428P309，32345631.710.24307929SH309，32430301.830.29266930SV309，32727581.560.15399831P309，33044931.720.25318232SH309，33231691.930.32256633SV309，33027131.50.14310734P309，32746031.740.25307835SH309，32830211.820.28277236SV309，32928501.560.15389711 TRT-6000在山西中南部铁路通道隧道工程中的应用研究表2.2（续）反射面岩性参数表反射波波速纵横波速剪切模量杨氏模量序号反射面里程泊松比的类别（m/s）度比（Gpa）（Gpa）37P309，33046431.620.19389738SH309，34135881.850.29287539SV309，33926251.36-0.085813740P309，33948081.60.18348841SH309，34031471.680.23328442SV309，34127211.520.114210643P309，35348331.750.26297744SH309，35625881.670.22338645SV309，35428481.810.28277146P309，35050941.610.19389847SH309，35130711.560.154110348SV309，35028011.60.184010249P309，35049081.680.22348850SH309，34928461.650.21359151SV309，34928181.690.23338752P309，35248511.630.2369453SH309，35929151.660.21338653SV309，35425381.690.23369354P309，36751381.560.15358855SH309，36727251.490.094210456SV309，37128471.70.24307857P309，38151831.690.23348958SH309，38325421.530.134410959SV309，38028241.970.33267060P309，37852481.640.2369461SH309，37927741.50.14611362SV309，37828791.740.25328363P309，38651001.660.22369364SH309，38627741.570.164110465SV309，38621791.760.26328366P309，40457781.870.3328567SH309，40926181.790.27328468SV309，40921031.90.31287512 河北工业大学硕士学位论文图2.5反射面二维示意图13 TRT-6000在山西中南部铁路通道隧道工程中的应用研究2.3TRT-6000超前地质预报系统2.3.1TRT-6000超前地质预报系统预报原理TRT超前预报法是用地震波法进行预报，其实在采矿业以及土木工程这些领域早就利用地震波反射探测法进行预报了[19~21]。地震波反射的原理就是当地震波经过有声学阻抗差异（密度和波速的乘积）的界面时，其中一些信号会被反射击回来，而别外的那些信号则不会被反射而是进入前面的那些介质继续前进，因此这里就存在了一个波的衰弱问题。那些被反射回来的地震波信号会被安装在墙上的高灵敏的加速度传感器也就是地震波信号传感器接收，通过数据的分析，以及人为的观察，结合当地的地质情况，可以用来了解隧道前面有无地质情况例如溶洞，断层，含水破碎带，软弱界面等的位置和规模。正常的关于反射界面被反射波的反射系数计算公式为VV2211R(2.1)VV2211我们假定，R代表的是反射系数，1、2代表的是岩层的密度，V是地震波在地质体中的传播速度。地震波信号从一种高阻抗的地质体传播到另一个高阻抗的地质体时，反射系数是负的；反之，则为正的。所以，当地震波信号从软的地质体传播到硬的地质体时，回弹波的偏转极性与波源是相同的。然而当地质体内有破碎带或断层时，回弹波的极性会反转[22]。随着反射体的大小变化，声学阻抗的差别也随着变化，那么回波就越明显，前方的地质体就越容易被探测到。每对震源和传感器的反射波总传播时间在三维空间定义了一个椭球，实际上反射物位置的确定需要很多震源-传感器定义的椭球[23]，如图2.6所示。14 河北工业大学硕士学位论文图2.6震源传感器所定义的椭球TRT采用层析扫描成像技术[24]，形成立体、直观的三维立体图，立体图中的反射边界每一点离散图像是由空间叠加所有地震波形计算得来。2.3.2TRT系统发展概况TRT系统的全称为TrueReflectionTomography（真正的反射层析成像），是由美国NSA工程公司在20世纪末～本世纪初开发研制的，已经在欧洲及亚洲开始应用。TRT系统实现了空间矩阵式观测，资料处理方法上采用地震偏移成像[6]。图1.1为TRT-6000系统典型的测点布置及成像图。检波器布置在隧道两侧及顶部，震源点布置在隧道两侧和掌子面上，这样就可以最大限度地扩展横向展布，以充分获得空间波场信息，最终提高波速分析和不良地质体的定位精度，相对于TSP及负视速度法有了明显的改进。TRT技术在欧洲隧道超前预报中有成功地应用[7]，如Blisadona隧道、奥地利的过阿尔卑斯山的铁路双线隧道等，预报长度可达100~150m，在软弱土层和破碎岩体地段也可预报60~90m。中国于2006年引进TRT-6000超前地质预报系统。至今已有7年历史，但由于TSP203等其他测试技术引进时间早，研究人员对其研究的深入，人们各类测试仪器及测试技术的优缺点都有了比较高的认识。由于TRT技术引进晚，国内使用量少，积累的经验少，针对TRT技术应用的提高数据准确性及可靠性的研究更少，操作人员技术水平较低，在很大程度上影响了本技术的推广应用[25,26]。比较严重的情况是，在使用TRT-6000系统时，由于应用操作不当，后期处理与解译不正确，可能出现误判，对工程施工与安全造成严重的影响。15 TRT-6000在山西中南部铁路通道隧道工程中的应用研究图2.7无线TRT-6000型地质超前预报系统2.3.3TRT-6000系统与TSP203系统比较笔者根据对美国的生产的TRT-6000与瑞士生产的TSP203超前预报的比较[27]，显示出TRT-6000系统相对于TSP203系统的优越性，如表2.3所示。表2.3美国的生产的TRT6000与瑞士生产的TSP203超前预报的比较产品TRT-6000TSP203项目TSP203的测试原理与小应变测桩相TRT-6000系统采用的是利用多种地震源产似，原理是假设声波只是沿隧道向前传播生沿隧道传播的信号，当信号在岩体性质发生改的,在遇到反射面后反射回来，其震源的布原理变的结构面发生反射，来构建描述隧道位置前方置也是促使形成沿隧道方向的平面波传播及隧道顶部与下部的地质状况（如异常岩体、破(相对于球面波)，从而获得隧道前方及周边碎带和岩溶等）的三维结构图的不良地质现象的空间信息可以用于寻找隧道前方垂直方向和横向的不同主要用于描述隧道前方的地质情况、不良地功能地质状况，用于发现不同岩体、构造带以及地下质现象和岩石特性方面的空间信息水的空间信息应用隧道工程施工、地下构筑物建设、地层绘图、开主要用于指导隧道工程施工领域采矿藏、地下水文和地质探测16 河北工业大学硕士学位论文表2.3（续）美国的生产的TRT6000与瑞士生产的TSP203超前预报的比较产项品TRT6000TSP203目震源电磁波发送器，或钻机，或爆炸钻机、挖掘机和爆炸接收器端口：9个接收器端口：4个采样间隔：31，64，125，250，500，1000，或采样间隔：62.5，125μs2000μs记录通道：24个记录通道：12记录带宽：40～15000Hz记录带宽:4000、8000Hz记录长度：16000采样数每通道记录长度：14468采样数每通道模数转换：32位模数转换:24位技术频率范围：10Hz~75000Hz频率范围：0.5~5000Hz参数带高频过滤，降低传输距离和土的噪声，低频过无高频过滤和低频过滤滤降低风燥工作电压：直流12伏工作电压：直流6伏外接电源：230/110伏交流，50/60Hz外接电源：230/110伏交流，50/60Hz温度范围：存放环境温度-10~60；温度范围：存放环境温度-10—60；操作环境温操作环境温度：0～40度0～＋50工作温度：0～70；湿度:30-90%工作温度：0～40；湿度：30-80%电脑WindowsXP系统的专用型笔记本电脑，配打印WindowsXP系统的专用型笔记本电脑，配配置机打印机显示三维图，可以进行自动增益控制、固定显示声波轨迹、频谱、速度及偏移结果评估增益和采集后的过滤，内置软件直接绘出波形轨输出评估范围内的岩石力学性质、反射界面结果迹模型，对质量差的数据进行标记或者剔除，使的二维图像显示用RimrockGeophysics公司的软件分析显示结果，输出三维图像系统在描绘垂直于隧道且充满空气或TRT系统可探测隧道工作面前方的不同地者水的裂隙方面性能好，但如果遇到斜交隧性能质状况，如异常出现的岩体、不良构造带以及溶道（由其是大角度斜交隧道）的裂隙结果可比较洞等，处理生成三维图像，对斜交隧道（尤其是能出现错误，反应不出实际情况，对于所描大角度斜交隧道）裂隙也能很好地反映绘的倾斜裂隙，可能会缩短它们的距离。该系统不能提供岩土的工程性质等信息17 TRT-6000在山西中南部铁路通道隧道工程中的应用研究表2.3（续）美国的生产的TRT6000与瑞士生产的TSP203超前预报的比较产项品TRT6000TSP203目系统设备自动化程度较高，软件易学易时间和每次在验前需提前钻26个钻孔，检波会，由电磁波发送器，或钻机，或掘进机，或费用成器需粘结在岩石表面，数据采集过程需占用风镐产生地震信号，不需要炸药爆炸来产生地本2个小时的工作时间，费用也相对高震信号，费用相对较低，且相对安全2.3.4TRT系统在工程中的应用实例（1）工程概况新建铁路大同至西安客运专线起于山西省大同南站，纵贯山西省南北，跨黄河进入陕西省后跨越洛河、渭河，至西安北站，全线正线长度859km。本标段为站前施工-6标段，起止里程为DIK427+387.5～DIK442+379。本标段线路位于晋中市灵石县、临汾市霍州市境内，线路北起青阡洼隧道出口DIK427+387.5，向南穿过韩信岭隧道、乔家山隧道至标段终点DIK442+379，标段全长14.9915km。斜井起点与线路交会里程为DIK430+950。由中铁十八局集团承建施工。（2）地质概况韩信岭隧道：DIK427+514～660，角砾状泥灰岩，节理裂隙很发育，岩体极破碎，岩溶极发育，呈角砾碎石状结构。角砾状泥灰岩具弱膨胀性。中间段：DIK427+660～DIK434+620，构造剥蚀，剥蚀堆积地中山区，地势起伏较大，岩性为第四系更新统洪积层新黄土、老黄土；上三系上新统粉质黏土，细砂夹砾岩，粗圆砾土；奥陶系、寒武系灰岩、泥灰岩、白云质灰岩、白云岩；该区域地质构造发育，节理裂隙发育，岩体破碎，局部极破碎；岩溶发育，区域内基岩裂隙水较发育，岩溶水活动强烈，断裂带及其影响带、岩溶发育带容易发生涌水突泥等工程地质灾害。出口段：DIK434+620～751，第三系砾岩夹粉质黏土；第四系上更新统粉质黏土、粉土，粗圆砾土；岩体成松散结构。少量孔隙水，雨季时土石界面处水量增大。3号斜井段：碎裂灰岩，局部碎裂泥灰岩，呈碎石状压碎结构，受断裂构造影响严重，岩体极破碎呈角砾碎石状松散结构。（3）仪器设备TRT-6000主机系统加速度传感器及安装设备11个无线远程数据收集模块专用笔记本电脑及处理软件18 河北工业大学硕士学位论文记录单元：使用24位A/D转换器，所接收信号的频率范围为0.8到3900赫兹。（4）检测依据《铁路工程物理勘探规程》TB10013-2004《铁路隧道超前地质预报技术指南》铁建设[2008]105号（5）现场操作2010年10月3日，对韩信岭3#斜井掌子面里程为3斜8+04进行TRT-6000超前地质预报。隧道两侧边墙各设置6处震源，分别对每处震源进行三次锤击以获取地震波信号。距离震源10m处布置传感器，传感器间距为5m，左右边墙对称设置，共4组。系统仪器连接好后，按操作员要求进行锤击震源，采集数据。（6）预报结论通过对地震波反射扫描成像三维图分析，结合地质资料可以得出如下结论：3斜8+04～7+00段，围岩以泥质灰岩为主，围岩节理、裂隙很发育，中间有风化夹层；完整性、稳定性差，裂隙水稍发育；该段结构呈碎石状压碎结构，受断裂构造影响严重，岩体极破碎呈角砾碎石状松散结构。里程3斜7+94～7+44该段围岩整体地质情况很差，节理、裂隙特别发育，围岩完整性稳定性较差，容易发生小规模塌方。建议做好超前支护和围岩变形监控，加强初期支护，围岩参考等级为V级。采集的TRT数据，通过TRT软件进行处理，获得P波、S波波速，地质层析扫描成像图等资料，在成果解释中，以P、S波资料，地质层析扫描成像图为依据，结合地质勘测资料对现象进行解释见图2.8、2.9。图2.8TRT-6000层析扫描成像图-侧视图19 TRT-6000在山西中南部铁路通道隧道工程中的应用研究图2.9TRT-6000层析扫描成像图-立体图根据解释结果，该段围岩在距掌子面大约10m距离处，出现大量蓝黄相交区域，区域长度大约50m，根据4.2判断准则，蓝颜色代表较软弱地质体，黄颜色代表较为完整岩体，可以判断该段里程围岩比其他位置较差，围岩节理裂隙发育。（7）分析结果与现场开挖结果对比现场实际施工至里程3斜7+90～7+50段时，掌子面围岩节理、裂隙发育，围岩整体状况相对较差。预报结果与实际开挖情况基本一致。2.4红外探水2.4.1红外探水预报原理自然界中任何介质都由于分子振动和转动，每时每刻都在由内部向外部发射红外辐射并形成红外辐射场[28]。地质体由内向外发射红外辐射时，必然会把地质体内部的地质信息，以红外电磁场的形式传递出来。当隧道前方和外围介质比较均匀，且不存在隐蔽灾害源时，沿隧道走向分别对顶板、底板、左墙边、右墙边向外进行探测，所20 河北工业大学硕士学位论文获得的红外探测曲线，具有正常场特征。当隧道断面前方或隧道外围任一空间部位存在隐蔽灾害源时（含水裂隙、含水构造和含水体），隐蔽灾害源产生的红外辐射场就一定会迭加到正常场上，使正常场中的某一段曲线发生某畸变，畸变段称作红外异常，由于到场源的距离不同，畸变后的场强亦不同。其物理意义是隧道外围存在灾害源[29]。值得说明的是：由于地下水的来源不同，异常场可高于正常场也可低于正常场。红外探测就是根据红外异常来确定隐蔽灾害源的存在。隐蔽灾害源是指含水断层、含水溶洞、地下暗河、氧化反应的媒体、存储瓦斯的构造。2.4.2红外探水在工程中的应用实例（1）工程地质状况保上隧道出口：区段隧道通过的地层岩性分为：第四系全新统坡残积（Qdl+el）4粉质黏土、红黏土、角砾土、碎石土。地层下伏基岩为五组，分别为：1、三叠系下统罗楼组（Tl1）泥岩、砂岩、页岩偶夹灰岩透镜体；2、二叠系下统（P1）灰岩，石炭系（Cl+w1+2+3）灰岩、白云岩、白云质灰岩夹硅质岩；3、泥盆系上统榴江组（D3）灰岩、白云岩偶夹硅质岩、页岩；4、中统东岗岭组（Dd2）灰岩夹白云岩、硅质岩、泥质灰岩；5、坡折落组（Dp2）灰岩夹硅质岩；受区域性地质构造影响、洞身低层岩体节理、裂隙发育，岩体较破碎，地下水发育，围岩自稳定性差；中～厚层状构造，节理裂隙发育，溶蚀强烈。（2）红外探水预报方法（i）由掌子面后方，向掌子面方向每隔5m对四壁探测一次，见图2.10，共探测12次，每次探测的顺序依次为左边墙脚、左边墙、拱顶、右边墙、右边墙脚、底中，见图2.11。这样沿隧道掘进方向共形成6条探测线，分别为左边墙脚探测线、左边墙探测线、拱顶探测线、右边墙探测线、右边墙脚探测线、底板中线探测线。（ii）探断面自上而下水平四行，每行6个探点。把每个探点的仪器读数值写入表中。表中的最大读数差值是指6个中最大者与最小者之差，探测断面表如图2.12。图2.10纵向探点示意图21 TRT-6000在山西中南部铁路通道隧道工程中的应用研究图2.11激光定点红外探测示意图图2.12掌子面探测示意图（3）红外探水判识原则（i）利用探测面判断是否存在含水构造[30]：如果掘进前方介质相对均匀，未遭受构造破坏，五个探点场强的横向最大差值，是在一个小的波动范围之内变化。通过正常掘进，可总结一个变化上限。当掘进前方出现构造时，首先是地层结构遭受破坏，介质密度发生变化，构造中又充填了水，从微观角度讲，由于上述变化相对各探点空间距离的不同，因而使得辐射场强绝对值之差增大。因而我们可以根据正常离散值来确定前方有无含水构造[31]。（ii）用探测曲线确定掘进前方有无含水构造：当掘进前方存在含水构造时，含水构造这个灾害源就会产生一个灾害场，向四面八方传播，当然也会向掌子面后方传播。我们由掌子面后方，向掌子面前方每隔5m，对四壁探测一次时，如果含水构造在掌子面前方不超过30m，我们在逐点探测中，将会发现前方含水构造产生的红外异常，根据红外异常，来确定含水构造。就是说我们使用以上两种方法来确定掘进前方有无含水构造。（4）探测结果本次预报保上隧道出口掌子面里程为DK405+105，红外探水预报范围为DK405+105～DK405+075段。现场红外探测数据记录见表2.4、2.5，红外探测曲线见图2.13。22 河北工业大学硕士学位论文表2.4掌子面超前探测记录表（Trad值）隧道名称：保上隧道出口探测时间：2013年12月31日横向最测点号123456大差值第一行2572552522502502527第二行25224924224124223715第三行2352342352352352351第四行2352372372372392384纵向最大222117151517差值注：每行数据都由掌子面由左向右测得。表2.5沿隧道走向红外探测记录表序号左边墙左拱腰拱顶右拱腰右边墙拱底备注124524925525325124222432492492472442433244248249247245242424524724824724424252422452482462452436240243245244243241723924124424224123982372392412402402389237237239238237238102362352382362362371123523423623523523412233233235234235235注：每条测线的12个数据由掌子面后方向掌子面测得。图2.13红外探测曲线图23 TRT-6000在山西中南部铁路通道隧道工程中的应用研究（5）红外探水预报结论由于红外场强受环境影响严重，所以探测数据只能作为红外探水分析的参考。从红外探测曲线图可以看到，掌子面上所有测点的场强变化很大，最大差值为22，该值在安全值范围以外；掌子面后方六条测线的场强在一个较大的范围内波动，数值变化幅度大；现场探测时，掌子面未施工。综上所述：DK405+105～DK405+075前方地下水较发育或为软弱填充物导致。24 河北工业大学硕士学位论文第三章山西中南部铁路通道项目工程地质初步勘探成果3.1项目概况新建山西中南部铁路通道自瓦塘站引出，经临县、柳林、蒲县、洪洞至长治，引入京广线汤阴东站，利用既有汤台铁路并增建第二线，经梁山、东平至辛泰铁路范镇站，经莱芜北、沂源、沂水、巨峰南至日照南站，线路全长1260km，其中新建线路1089km，利用既有线增建二线171km。配套建设与苛瓦铁路、南同蒲铁路、太焦铁路、京广铁路、京九铁路、京沪铁路的联络线114km。预留韩岗至兖州联络线。3.2工程简介本段为站前施工ZNTJ-12标段起点～太行山隧道进口段（DK547+200～DK578+880），全长31.6km。该段线路位于山西省长治市平顺县、潞城市境内。主要工程内容包括：路基5691延米/20段、框架涵21座、桥梁2583延米/13座、隧道23375延米/7座。其中吾岩河隧道长9100m（单洞双线隧道）为全线重难点工程之一。本文以南山隧道和吾岩河隧道为重点，介绍TRT-6000系统在两座隧道中的应用情况。3.3吾岩河隧道工程概况3.3.1隧道概况吾沿河隧道位于山西省平顺县北耽车乡及阳高乡。隧道进口位于北耽车乡南耽车村以南约2km，在潞林线公路以南约3km；出口位于阳高乡回源头村北约200m，在潞林线公路以南约3.5km；斜井位于吾沿河干涸的河道旁边的山体中，洞口较为陡峭，距奥治村约2.5km。进出口处均有村间公路进入，交通便利，隧道洞身交通不便。隧道场地属太行—太岳山构造侵蚀低中山区（沁潞高原），地形起伏较大，地形复杂，相对高差约360m。隧道位于浊漳河以南2～3km，基本与之平行。隧道里程DK561+858～DK570+958，中心里程DK566+408，全长9100m。进出口线路设计路肩标高分别为711.285m、611.883m，洞身最大埋深约730m，最小埋深约94m。隧道纵坡为单面下坡，坡度分别为-10.6‰、-11.0‰、-10.3‰。隧道进口端设25 TRT-6000在山西中南部铁路通道隧道工程中的应用研究置有R=1600m长203.86m的曲线，出口端设置有R=800m长775.11m的曲线；洞身为直线隧道。该隧道为单洞双线，在直线地段线间距4m，进口端至DK562+060（长202m）线间距由4.16m逐渐过渡到4m，DK570+200至出口端（长758m）线间距由4m逐渐过渡到5.04m。隧道内轨顶面标高=路肩设计标高+1.108m，设计行车速度120km/h，建筑限界采用“隧线-2B”，曲线地段加宽，轨上净空面积S=63.6m2。3.3.2地层岩性该隧道所穿越的地层由下至上（由老到新）为：（1）古生界震旦系串岭沟组（Zch）：石英岩状砂岩、含海绿石石英状砂岩夹海1绿石铁质石英砂岩，黄绿色、紫红色页岩，砂质页岩。（2）古生界寒武系下统馒头组（m）：黄绿色页岩、泥灰岩互层，底部为灰黄色1含砾砂岩。（3）古生界寒武系下统毛庄组（mz1）：紫红色、砖红色页岩夹薄层灰岩、泥灰岩、顶部为鲕状灰岩。（4）古生界寒武系中统徐庄组（x2）：上部为灰白色中厚层状鲕状灰岩，中、下部暗紫色页岩夹薄层灰岩、细砂岩。（5）古生界寒武系中统张夏组（z2）：灰色厚层鲕状灰岩，底部为灰色厚层状泥质条带灰岩、泥质灰岩夹页岩。（6）古生界寒武系上统崮山组（g3）：灰黄色薄层泥质条带灰岩和灰色中厚层状竹叶状灰岩互层。（7）古生界寒武系上统长山组（c）：灰紫色竹叶状灰岩与薄层状泥质条带灰岩、3黄绿色页岩互层。（8）古生界寒武系上统凤山组（f3）：灰色厚层状结晶白云岩、底部为泥质条带灰岩、黄绿色页岩夹竹叶状灰岩、鲕状灰岩。（9）古生界奥陶系下统（O1）：灰色厚层状含燧石条带、结核白云岩，底部为灰黄色泥质白云岩夹小竹叶状灰岩。（10）古生界奥陶系中统下马家沟（Ox2）：灰黑色中厚层状灰岩夹薄层泥质灰岩、泥灰岩，下部为灰黑色角砾状泥灰岩，绿色钙质页岩。（11）第四系上更新统坡洪积层（Qdl+pl3）黄土质砂粘土。3.3.3地质构造隧道场区位于新华夏系第二隆起带太行山块隆。隧道穿越地层主要为奥陶系泥灰岩、泥质灰岩、白云岩、钙质页岩，寒武系页岩、泥灰岩，泥质灰岩、砾砂岩、灰岩、细砂岩、白云岩，震旦系石英岩状砂岩、石英砂岩、页岩、砂质页岩。岩层产状总体26 河北工业大学硕士学位论文较平缓，隧道穿越一个向斜和一个背斜，在DK569+465处穿越一断层，该断层为正断层，东倾，倾角约70°，落差约140m。场区地表岩石有溶蚀现象，浅部岩石风化，节理裂隙发育，将表层岩体切割成碎块状、大块状。3.3.4特殊地段（1）DK569+464～DK569+475隧道通过断层带，岩体破碎，可能富水或导通其他补给源，引发突水。（2）DK566+900～DK567+500段为可溶岩与非可溶岩接触段，可能岩溶较发育，易突发涌水。（3）隧道进口及进口浅埋段中的石英砂岩竖向节理发育，水平岩层易脱落。（3）隧道出口覆盖一定厚度第四系黄土质黏砂土及卵石土，围岩稳定性差，洞口边坡易产生坍塌，黄土具有Ⅰ级非自重湿陷性。（4）DK561+886～DK562+130、DK563+382～DK564+101、DK564+622～+843、DK565+266～DK567+768段可能发育岩溶，存在高水头地下水问题；DK567+113～+768段埋深较大，可能发生软岩大变形；DK568+190～DK569+004段埋深较大，可能发生硬质岩岩爆问题。3.4南山隧道工程概况3.4.1隧道概况南山隧道位于山西省平顺县黄牛蹄乡南东约2km，进口位于赵庄村北东660m，出口位于留村南西约500m，隧道北距浊漳河6.7km。隧道进出口附近多为旱地，坡上分布杂草及灌木，进口侧无公路通达；出口北侧附近有省道S325经过，交通较为便利。隧道里程DK549+785～DK551+380，全长1595m。隧道洞身纵坡为单面下坡，坡率为-11.5‰。该隧道为单洞双线，线间距4m。隧道采用碎石道床，内轨顶面设计标高=路基设计标高+1.108m。3.4.2地层岩性隧道表覆第四系上更新统坡洪积层（Qdl+pl3）黄土，洞身部位为奥陶系中统下马家沟组（Ox2）灰岩、角砾状灰岩及页岩。南山隧道所穿越地层由新到老分别为：（1）砂质黄土（Qdl+pl）：褐黄色，稍湿，稍密，土质不均匀，竖向裂隙发育。3表层含有植物根系及少量碎石，夹薄层碎石土或卵石土，厚度约1～8m。本层主要出露于隧道出口。27 TRT-6000在山西中南部铁路通道隧道工程中的应用研究（2）碎石土（Qdl+pl3）：杂色，中密，稍湿，主要成分为灰岩，分选性差，粒径不均，一般粒径50mm左右，约占60%，磨圆度较差，多呈棱角状，部分为圆砾土及粘性土充填。（3）灰岩（Ox）：灰色，强～弱风化，中厚层状构造，风化表面呈灰白色，节2理裂隙较发育。本层隧道场区均有分布，厚度大于30m。（4）角砾状灰岩（Ox）：灰色，强～弱风化，中厚层状构造，风化表面呈灰白2色，厚度大于30m。（5）页岩（Ox）：黄绿色，强～弱风化，风化呈灰黄色，节理发育，厚度5～10m。23.4.3地质构造隧道场区位于新华夏系第二隆起带太行上块隆。隧道场区为两个小背斜及一个小向斜。地层主要为奥陶系泥灰岩、灰岩、白云岩及少量页岩，岩层产状总体上较缓，但岩面波状起伏，倾角5°～12°。隧道区未见断层，但场区基岩浅部节理裂隙较发育，将表层岩体切割成碎块状、大块状。3.4.4特殊地段（1）隧道进出口位于砂质黄土中，具有Ⅰ级非自重湿陷性。围岩无自稳能力，成洞条件差，应加强支护及边仰坡防护。（2）DK550+600～+730段为可溶岩与非可溶岩接触地带，岩溶较发育，且洞室浅埋，可能发生突水。（3）地层中夹有页岩，遇水易软化，可能引起坍塌或滑移。28 河北工业大学硕士学位论文第四章TRT-6000地质预报系统在隧道中的应用4.1TRT-6000地质预报系统操作细则(1)TRT-6000传感器的安装TRT系统最终得到的是隧道附近地质情况的三维图像，所以需要在隧道空间内安装的传感器较多，在不同的部位共安装10个传感器（如图4.1所示）。但整个安装过程快捷简单，在检测人员到现场安装即可，不需要提前钻孔（相对于其它预报系统更节省人工费用，如图4.2所示）。在距离最后一个震源点10m处开始布置传感器，左右边墙各四个，每隔5m（里程方向）布置一个，隧道中心线拱顶处布置2个[32]。TBMtunnelDrill-&-blasttunnelTunnelface70o70o23S1S2S3S4250o50o3Min2mS5S6S7S820m55Min10m140o140o90o90o464623Planview770o70o8Axialview5m750o50o84565m101078140o140o5m90o90o91011911911图4.1TRT-6000超前预报震源及传感器的典型布置(2)TRT-6000震源布置在隧道掌子面附近布置震源，两侧各布置6个，共两组，每组沿竖向（高程方向）布置三个震源点，每个震源点高度差约1m，两组之间间隔2m（里程方向）为宜。29 TRT-6000在山西中南部铁路通道隧道工程中的应用研究图4.2传感器图4.3安装传感器击震点布置（如图4.3所示）在掌子面后的裸露的岩体（或已达强度的初期支护）上，采用大锤敲击产生震源。(3)接收器与孔壁的藕合必须紧密，施测时隧道中应没有其它振动源。(4)资料的处理和整理数据采集时应按锤击点顺序逐一进行，记录不好或存在干扰时应重新锤击。对采集的数据及时进行三维波场处理，提取反射界面[19]。TRT系统处理数据主要分为确定地震波速度、计算距离，数据反演及滤波处理[33]。确定地震波速度、计算距离：嘉定一个波速模型，根据传感器接收到的地震波信号得到地震波传播的时间。根据实际情况修改模型参数。数据反演及滤波处理：利用传感器接收全波段的地震信号数据，利用系统软件进行首波切除，滤波降噪，区分P波和S波处理。利用初始波速模型参数计算地质体位置[22]。数据处理流程如图4.4所示。30 河北工业大学硕士学位论文图4.4数据处理流程图4.2TRT-6000地质预报系统结果判断准则TRT-6000系统预报结果三维立体图每个表格间距为10m，预报一般从掌子面算起，按照10m距离推测不良地质位置，蓝颜色代表较软弱地质体，黄颜色代表较为完整岩体。4.2.1溶洞（1）当溶洞的大小与波长相等时，系统结果成像图中不会显示溶洞，我们只能通过溶洞周围的裂隙来判定溶洞是否存在（如图4.5）。在90m左右处裂隙发育，但裂隙不连续，中间有空白处，不够明显，因此可判断为局部岩溶[34]。（2）当溶洞大小与波长不一致时，则溶洞在图里的显示就比较明显（如图4.6）。210～220m可以清晰的看出些处的蓝色裂隙中有一个圆弧形的空白区，可以判断此处为溶洞，在隧道前进方向的右侧，体积约10m3左右。31 TRT-6000在山西中南部铁路通道隧道工程中的应用研究图4.5局部岩溶地层图示图4.6溶洞解析图4.2.2断层由于断层的出现会使连续的裂隙出现错动，或者比较发育的裂隙遇到断层就会停止。在图中的显示就是大部分蓝色的条状裂隙发育到某一断面突然停止（如图4.7、4.8所示）。从图4.7、4.8看，红线位置裂隙出现明显错动，可初步判断红线指示方向为断层走向。图4.7断层俯视图32 河北工业大学硕士学位论文图4.8断层立体图4.2.3突水、突泥TRT超前预报系统对于水有很高的灵敏度（可以很多的保留S波），地质体中的水一般会存在于裂隙或溶洞中，裂隙一旦富水的话，在三维图中就会出现大片的蓝色层状的裂隙[20]。图4.9所示掌子面前方15~35m范围内，围岩裂隙水发育。图4.10所示掌子面前方35~80m范围内，节理裂隙较发育，充填裂隙水。在开挖过程中均得到了验证。图4.11所示掌子面前方40m以后，成层状的节理裂隙很明显。可判断存在裂隙水。在隧道开挖后，隧道内出现大量涌水。图4.9本溪枢纽威宁营隧道出口俯视图33 TRT-6000在山西中南部铁路通道隧道工程中的应用研究图4.10南芬隧道1#斜井俯视图图4.11坡录元平导立体图4.3TRT-6000在南山隧道中的应用4.3.1南山隧道DK551+043～DK550+930段（1）现场操作项目组对南山隧道出口掌子面里程为DK551+043进行TRT-6000超前地质预报。隧道两侧边墙各设置6处震源，分别对每处震源进行三次锤击以获取地震波信号。距离震源15m处布置传感器，传感器间距为5m，左右边墙对称设置，共4组。系统仪器连接好后，按操作员要求进行锤击震源，采集数据。（2）预报结论通过对地震波反射扫描成像三维图分析，结合地质资料可以得出如下结论：34 河北工业大学硕士学位论文里程DK551+043～DK550+960段围岩以弱风化灰岩为主，裂隙、裂隙稍发育，胶结程度一般，围岩稳定性、整体性稍差，地下水稍发育，施工中容易坍塌，建议做好超前支护，加强临时支护，围岩建议参考等级为IV级。里程DK550+990～DK550+980段围岩裂隙发育，可能存在裂隙水，开挖时需注意涌水发生。里程DK550+960～DK550+930段隧道围岩相对较差，节理、裂隙较发育，围岩稳定性、整体性较差，地下水较发育，施工中容易坍塌，建议做好超前支护，加强临时支护，围岩建议参考等级为IV～V级。（3）分析结果采集的TRT数据，通过TRT软件进行处理，获得P波、S波波速，地质层析扫描成像图等资料，在成果解释中，以P、S波资料，地质层析扫描成像图为依据，结合地质勘测资料对现象进行解释见图4.12、4.13、4.14，解译成果如下：图4.12TRT-6000层析扫描成像图-俯视图图4.13TRT-6000层析扫描成像图-侧视图35 TRT-6000在山西中南部铁路通道隧道工程中的应用研究图4.14TRT-6000层析扫描成像图-立体图根据解释结果距掌子面大约50米距离处出现大量蓝色区域，区域长度大约10米，根据4.2.3判断准则可以判断为裂隙发育，可能存在大量裂隙水。距掌子面80米-110米段，蓝色和黄色区域增多，可判断为节理、裂隙发育，围岩较差。（4）分析结果与现场开挖结果对比现场实际施工至DK550+992-DK550+980段时，掌子面水量增大，局部出现沽状流水，围岩节理、裂隙发育（见图4.15）。里程DK550+957-DK550+933段节理、裂隙较发育，围岩整体状况相对较差（见图4.16）。预报结果与实际开挖情况一致。36 河北工业大学硕士学位论文图4.15南山隧道DK550+992-DK550+980段实际开挖地质情况图4.16南山隧道DK550+957-DK550+933段实际开挖地质情况37 TRT-6000在山西中南部铁路通道隧道工程中的应用研究4.3.2南山隧道DK550+772～DK550+640段（1）现场操作项目组对对南山隧道出口掌子面里程为DK550+772进行TRT-6000超前地质预报。隧道两侧边墙各设置6处震源，分别对每处震源进行三次锤击以获取地震波信号。距离震源15m处布置传感器，传感器间距为5m，左右边墙对称设置，共4组。系统仪器连接好后，按操作员要求进行锤击震源，采集数据。（2）预报结论通过对地震波反射扫描成像三维图分析，结合地质资料可以得出如下结论：里程DK550+772～DK550+740段围岩为强风化灰岩，中间夹泥岩、砂岩，较破碎，围岩整体性、稳定性较差，地下水稍发育，建议做好支护工作，加强围岩监控量测，围岩参考等级Ⅳ。里程DK550+740～DK550+670段围岩为强风化灰岩，中间夹泥岩、砂岩，结构松散，岩体较破碎，自稳能力差，地下水稍发育，施工中容易坍塌，建议做好超前支护，加强临时支护及围岩量测工作，围岩参考等级为V级。里程DK550+670～DK550+650段围岩为强风化灰岩，中间夹泥岩、砂岩，较破碎，围岩整体性、稳定性较差，地下水稍发育，建议做好支护工作，加强围岩监控量测，围岩参考等级Ⅳ。里程DK550+640段可能存在小型溶洞，约10m3。（3）分析结果采集的TRT数据，通过TRT软件进行处理，获得P波、S波波速，地质层析扫描成像图等资料，在成果解释中，以P、S波资料，地质层析扫描成像图为依据，结合地质勘测资料对现象进行解释见图4.17、4.18、4.19，解译成果如下：图4.17TRT-6000层析扫描成像图-俯视图38 河北工业大学硕士学位论文图4.18TRT-6000层析扫描成像图-侧视图图4.19TRT-6000层析扫描成像图-立体图根据解释结果距掌子面大约120米距离处出现蓝色区域，蓝色裂隙中有一个圆弧形的空白区，区域长度大约1～2m，根据4.2.1判断准则可以判断为可能存在溶洞。（4）分析结果与现场开挖结果对比现场实际施工至DK550+642-DK550+640段时，掌子面右侧上部出现一小型溶洞，宽1.5m（见图4.20）。预报结果与实际开挖情况一致。39 TRT-6000在山西中南部铁路通道隧道工程中的应用研究图4.20南山隧道DK550+642-DK550+640段实际开挖地质情况4.4TRT-6000在吾岩河隧道中的应用4.2.1吾岩河隧道隧道DK563+058～DK563+170段（1）现场操作项目部对吾沿河隧道进口掌子面里程为DK563+058进行TRT-6000超前地质预报。隧道两侧边墙各设置6处震源，分别对每处震源进行三次锤击以获取地震波信号。距离震源15m处布置传感器，传感器间距为5m，左右边墙对称设置，共4组。系统仪器连接好后，按操作员要求进行锤击震源，采集数据。（2）预报结论通过对地震波反射扫描成像三维图分析，结合地质资料可以得出如下结论：该段围岩以灰岩为主，节理、裂隙稍发育，围岩整体性、稳定性较好，局部夹有风化层，地下水稍发育，围岩倾角较小，开挖注意局部坍塌，围岩参考等级为II级。里程DK563+145～DK563+170段围岩稍破碎，可能为破碎带，该段开挖时需注意围岩量测和临时支护。（3）分析结果采集的TRT数据，通过TRT软件进行处理，获得P波、S波波速，地质层析扫描成像图等资料，在成果解释中，以P、S波资料，地质层析扫描成像图为依据，结合地质勘测资料对现象进行解释见图4.21、4.22、4.23，解译成果如下：40 河北工业大学硕士学位论文图4.21TRT-6000层析扫描成像图-俯视图图4.22TRT-6000层析扫描成像图-侧视图图4.23TRT-6000层析扫描成像图-立体图41 TRT-6000在山西中南部铁路通道隧道工程中的应用研究根据解释结果隧道围岩在距掌子面75米范围内围岩情况与掌子面地质情况一致，围岩基本没有变化。距掌子面75米以后位置，蓝色和黄色区域突然增多，可判断为节理、裂隙稍发育，围岩较差，可能为破碎带。（4）分析结果与现场开挖结果对比现场实际施工至DK563+143-DK563+170段时，掌子面围岩节理、裂隙较发育，围岩整体状况相对较差（见图4.24）。预报结果与实际开挖情况一致。图4.24吾沿河隧道DK563+143-DK563+170段实际开挖地质情况4.2.2吾岩河隧道隧道DK570+505～DK575+360段（1）现场操作项目部对吾沿河隧道出口掌子面里程为DK570+505进行TRT-6000超前地质预报。隧道两侧边墙各设置6处震源，分别对每处震源进行三次锤击以获取地震波信号。距离震源15m处布置传感器，传感器间距为5m，左右边墙对称设置，共4组。系统仪器连接好后，按操作员要求进行锤击震源，采集数据。（2）预报结论通过对地震波反射扫描成像三维图分析，结合地质资料可以得出如下结论：里程DK570+505～DK570+360，该段围岩以灰岩为主，节理、裂隙较发育，围岩整体性、稳定性较差，局部裂隙稍发育，由于岩层倾角较小，开挖注意局部坍塌。围岩参考等级为III～IV级。里程DK570+455～DK570+445、里程DK570+425～DK570+395两段地下水较发育，可能存在裂隙水，开挖时需注意涌水、突泥，须做好排水及支护工作，42 河北工业大学硕士学位论文（3）分析结果采集的TRT数据，通过TRT软件进行处理，获得P波、S波波速，地质层析扫描成像图等资料，在成果解释中，以P、S波资料，地质层析扫描成像图为依据，结合地质勘测资料对现象进行解释见图4.25、4.26、4.27。图4.25TRT-6000层析扫描成像图-俯视图图4.26TRT-6000层析扫描成像图-侧视图43 TRT-6000在山西中南部铁路通道隧道工程中的应用研究图4.27TRT-6000层析扫描成像图-立体图根据解释结果，该段围岩存在两处异常地带，一处位于距掌子面大约50m距离处，出现大量蓝色区域，区域长度大约10m，另一处位于距掌子面80m处，出现大量蓝黄相间区域，长度大约30m，根据4.2.3判断准则可以判断为裂隙发育，可能存在裂隙水。（4）分析结果与现场开挖结果对比现场实际施工至DK570+456～DK570+448段（见图4.28）及DK570+423～DK570+398段时，掌子面水量增大，围岩节理、裂隙发育，围岩整体状况相对较差。预报结果与实际开挖情况一致。图4.28吾沿河隧道DK570+456～DK570+448段实际开挖地质情况44 河北工业大学硕士学位论文第五章TRT-6000系统改进与优化5.1TRT-6000系统存在的问题笔者从2010年开始使用TRT-6000系统，在使用过程中，对系统操作过程及数据处理过程进行分析研究，发现该系统存在以下几个问题[35]：(1)现场布置传感器时效率不高根据操作手册要求现场需要布设10个传感器，具体布置位置如图5.1，现场布置时，需要的准备工作比较繁琐，尤其是5#、10#传感器需要安装在拱顶位置，安装过程需要挖掘机或者台车等大型机械设备辅助完成。安装耗时长，给施工带来影响，由于一般隧道高度都大于5m，所以在安装过程中，存在安全隐患。(2)震源能量偏小TRT-6000系统采用锤击作为震源，虽然采用三次锤击能量叠加办法，但锤击能量偏小，且在叠加过程中，每次锤击的位置、力度、外界干扰等因素对最终数据都有一定的影响。(3)数据处理流程复杂TRT-6000系统处理软件界面主要为英文，给初学者带来一定难度，且处理过程中步骤繁琐，多次复制、粘贴，需在多个软件之间，Excel文档之间，软件不同窗口之间转换操作，如果在处理过程出现错误，不容易及时发现，软件也没有提示，错误步骤也不能撤销，只能重复之前步骤，重新操作一遍。(4)成果较简单系统成果比较简单，只有三维图像，没有隧道分段波速、波阻抗、泊松比、杨氏模量等定量参数。5.2TRT-6000系统现场操作过程改进与优化5.2.1传感器的安装改进(1)按照TRT系统操作手册要求，需要在拱顶位置安装两个传感器，拱腰安装四个传感器，边墙安装四个传感器（如图5.1），现场操作复杂，尤其是拱顶位置及拱腰位置安装时需要机械设备辅助，操作难度大，影响施工。经过改进后，现场安装传感器全部安装在边墙位置，纵向间隔为5m，上下高度间隔为2m（如图5.2），传感器安装更加方便，并且同时能够满足数据采集的精度要求，对最终处理结果没有影响。45 TRT-6000在山西中南部铁路通道隧道工程中的应用研究图5.1操作手册中传感器及震源布置图图5.2改进后传感器及震源布置图46 河北工业大学硕士学位论文TRT-6000系统是采用三维震源、接收器，在改进安装传感器位置后，对安装效率有了很大提高，同事能满足震源、接收器的三维效果，对数据接收不会产生影响，这样既能保证数据的可靠性，对处理结果不会产生影响，相比之前的布置方法，会节约大约半小时至一小时的准备时间。(2)传感器接收块要安装在稳定的基岩上或者初期支护上，如果是安装在初期支护上，要保证支护完全凝固已经稳定，且支护与岩石之间密实。传感器必须保证与隧道侧壁基岩或者支护达到最佳结合状态（如图5.3所示）。如果安装不稳定会出现如图5.4所示的情况，波很杂乱，没有明显的初至波及波峰波谷（8号、9号传感器），如果安装稳固，则波很稳定，初至波、波峰波谷明显（11号传感器）。通过对比可以看出，如果传感器接收块安装不稳定，得到的数据，对于处理结果将会有很大影响，甚至不能实际情况或者得出错误结果。图5.3传感器安装47 TRT-6000在山西中南部铁路通道隧道工程中的应用研究图5.4传感器安装对比(3)易损件替换在系统使用过程中，传感器连接线为整套系统的唯一易损件，且连接线损坏后对现场采集的数据的完整性及可靠性产生影响，但连接线损坏后只能发现采集的数据杂波较多，与传感器接收块安装不好及现场杂波多出现的波形基本一样，所以不容易发现，在数据线损坏后只能购买，不能修理。原厂配件费用较高，通过国内代理商购买原装进口配件为2000元，购买国产配件为600元，经过多次寻找，终于研究出替代品，产品价格为30元，每年为单位节约成本5万元。5.2.2震源的改进TRT系统采用锤击作为震源，相对于TSP203采用的钻孔炸药震源优点在于能够有效地克服管道波及声波的干扰，不足之处在于锤击震源激发的弹性波能量小，对传感器灵敏度要求较高。对于锤击震源的改进主要有：（1）震源点的布置位置必须是稳定的基岩上或者完全凝固的初期支护上。（2）现场操做过程中要保证安静，减少噪声干扰，尽量停止隧道内施工，特别是风枪、装载机、挖掘机等大型机械设备工作。（3）加大大锤的重量，增加锤击次数，多次叠加。锤击时必须用力，使锤头底面与隧道边墙完全接触，以获得最佳的弹性波传播能量，增加锤击能量，增强有效信号。（4）TRT-6000系统使用的是以重锤锤击指定的震源点来激发地震波，连续锤击48 河北工业大学硕士学位论文震源点，要保证每一组锤击的位置不变。5.3数据处理过程改进与优化5.3.1软件存在缺陷TRT系统数据处理过程繁琐，界面为英文，需要在多个Excel及软件之间进行转换操作，很容易出现错误，在出现错误情况下，软件不会有及时的显示，很难查找错误原因，只能重新操作。但由于版权及技术的限制，难以对处理软件进行改进，因此建议系统开发商对软件进行完善，优化处理过程，加强滤波、降噪等功能。进一步提高准确性。根据笔者查找资料国内已经有机构对TRT系统处理软件进行改进，其中代表为湖北省交通运输厅科技项目——TRT技术在公路隧道施工地质预报中的应用研究，该项目组正在进行TRT数据处理系统的开发工作。其数据处理改进与优化研究已经完成以下几个方面[36]：(1)TRT数据预处理程序开发(2)TRT原始数据去噪方法研究(3)声波波动方程三维正演模拟与反演研究经过改进后，数据滤波能够很好地改善数据处理过程，提高预报精度，预报结果与系统自带软件分析结果基本一致。5.3.2人为操作在数据处理过程中的影响在整个数据处理过程中，初至波信号拾取（如图5.5）以及滤波器的设置是最重要的过程，这两个过程需要根据操作人员的经验进行，其它处理过程，虽然软件比较繁琐，但只要按照操作手册进行即可满足要求，得到最终的真确结果，如果在处理过程中出现错误，则结果图像会出现明显错误或者不能出现图像。49 TRT-6000在山西中南部铁路通道隧道工程中的应用研究图5.5初至波的拾取5.3.4处理结果分析的优化对处理结果解析过程中要以地质勘察资料为基础，研究区域地质资料及隧道地质纵断面图，结合地层及构造面产状、岩性特征，掌子面地质编录资料，共同参与资料解析工作中，综合分析隧道围岩波速范围值[37]。处理结果分析中，蓝颜色代表较软弱地质体，黄颜色代表较为完整岩体，蓝色区域连通则可以判断为裂隙、解理发育地点，如果是面积较大联通可能为断层或溶洞，但是判断结果要与当地地质资料、岩性、现场掌子面的实际地质情况进行综合分对比得出结论。50 河北工业大学硕士学位论文第六章结论当前，国家基础建设项目很多，但国家对施工安全越来越重视，铁路行业已经要求所有施工建设隧道项目必须进行超前地质预报，将超前地质预报作为施工过程中一项必须的工序，随之而来的就是地质预报等检测行业的兴起。在地质预报行业中仪器、方法很多，虽然我国2006年才引进TRT-6000超前预报系统，相对于TSP、雷达等其它探测法成熟，但是它从计算方法到设备的更新，都是高科技的结晶，而且操作过程简单，对施工没有影响，处理过程简单，结果直观明了，没有基础的人员也很容易使用。凭借以上优势，我认为TRT-6000系统在国内隧道施工监测中会越来越受到重视，使用的地方会越来越多，同时经验也会积累的越来越多，仪器精度会得到更大的提高，提供更为准确的地质预报结果。本篇论文依托TRT-6000超前预报系统在山西中南部铁路通道多个隧道工程中的应用情况，着重研究了TRT-6000系统的工作原理、操作要点、数据处理方法，并成功应用于多个隧道工程（标段）的超前地质预报；获得了大量的实测数据和图像，积累了大量的应用经验，进而提出了判定、预报隧道工程中不良地质现象（包括溶洞、断层、突水、突泥等）的准则；总结分析了TRT-6000系统自身存在的问题，提出并实现了系统操作、数据处理过程中的改进优化措施，使得该系统的地质预报工作更加方便、简单、快捷，成本更低，进一步提高了系统预报的准确性，为隧道工程安全、快速、经济施工提供了可靠的技术保障。由于时间及个人水平有限，笔者文中难免有不当或者不妥之处，请各位学者予以指导、改正，本人不胜感激。51 TRT-6000在山西中南部铁路通道隧道工程中的应用研究52 河北工业大学硕士学位论文参考文献[1]吴勇,吴丰收,花晓鸣,等.TRT法在隧道超前地质预报中的应用[J].公路交通技术,2013,(5):108-110,121[2]左昌群,吕乔森,黄彬.隧道施工地质预报方法模糊优选与应用[J].重庆交通大学学报,2012,31(5):948-952[3]赵永贵,刘浩,孙宇,等.隧道地质超前预报研究进展[J].地球物理学进展,2003,18(3):460-464[4]唐义彬.超前地质预报技术在工程地质中的应用现状[J].资源科技,2007,(7):47-50[5]陶忠平,王建林,米健,等.TRT6000隧道超前地质预报系统在牛栏江-滇池补水工程中的应用[J].资源环境与工程,2010,24(5):522-526[6]刘杰,廖春木.TRT技术在隧道地质超前预报中的应用[J].铁道建筑,2011,(4):77-79[7]刘玉山,陈建平.TRT技术在乌池坝隧道超前预报中的应用[J].铁道建筑,2008,(9):59-61[8]赵永贵,蒋辉.隧道地震超前预报技术现状分析与新进展[J].公路隧道,2010,(1):1-7[9]杨川福.探地雷达在攀田高速公路隧道施工中的应用研究[D].西安:长安大学,2008[10]PengSupingandYangFeng.FineGeologicalRadarProcessingandInterpretation[J].AppliedGeophysics,2004,1(2)[11]孙计同.探地雷达技术在青岛地铁隧道超前地质预报中的应用研究[D].青岛:中国海洋大学,2012[12]裴尼松.探地雷达和TSP超前预报在隧道的综合应用分析研究[D].成都:成都理工大学,2010[13]杜明玉,吕乔森,郭宇,等.TSP与TRT技术在隧道施工地质预报中的应用[J].人民长江,2012,43(11):52-69[14]许振浩,李术才,张庆松,等.TSP超前地质预报地震波反射特征研究[J].地下空间与工程学报,2008,4(4):640-716[15]谢振师.TSP超前地质预报系统预报误差原因浅析及对策[J].铁道标准设计,2007,增刊2:77-80[16]张中的.长山隧道超前地质预报研究[D].成都:西南交通大学,2010[17]赵宇.GPR及TSP在隧道超前地质预报中的解译标志研究[D].成都:成都理工大学,2009[18]何刚.TSP-203系统在隧道超前地质预报中的应用研究[D].长沙:中南大学,2005[19]付水法,郭素芝.TRT地质超前预报技术在矿山的研究应用[J].金属材料与冶金工程,2012,40:80-84[20]褚军凯,霍俊发,张福宏,等.TRT层析扫描超前预报系统在西石门铁矿深部开拓中的应用[J].现代矿业,2011,(12):32-35[21]孙天学,陈遵义,郝进喜,等.TRT地质超前预报技术在矿山中的应用探讨[J].地质与资源,2013,22(3):238-242[22]范涛.TEM虚拟波场三维连续速度分析及其在隧道超前预报中的应用[D].西安:长安53 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河北工业大学硕士学位论文致谢光阴荏苒，硕士研究生的学习即将结束，这段学习经历使我受益匪浅。经历一年多的磨砺，毕业论文终于完稿，回首一年来收集、整理、思索、停滞、修改，直至最终完成的过程，我得到了许多的关怀和帮助，在此我要向他们表达我最诚挚的谢意。首先，我想对我的导师王贵君老师表示最衷心的感谢。整个研究生学习期间，王老师在不管是在学习中，还是在生活上给予了我无私的关心和帮助。王老师严谨的治学态度，精湛的学术造诣使我受益匪浅，使我的专业水平得到了更大的提高，王老师不仅是我们的专业知识的导师，更是我们人生的良师益友。感谢河北工业大学土木工程学院所有老师对我的教导和关心，使我在近三年的研究生学习生活中不断进步。感谢我的校外导师中铁十八局集团有限公司黄健副总工程师(教授级高工)在工作中给予的支持与鼓励，使我在工作过程中受益良多。感谢中铁十八局集团有限公司勘察设计研究院付兆岗院长及检测室各位同事，在实践及论文工作中给予了无私的帮助，对论文资料的收集整理给予了巨大的支持。感谢评阅我学位论文和出席论文答辩会的各位专家教授，感谢他们在百忙之中给予的指导！感谢我的父母、家人，在我的学习生涯中一如既往地默默支持我、鼓励我，是我不断进步的最大动力！谢谢！55