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摘 要：隧道工程在勘测设计阶段，由于勘测资源的有限性和地质情况的不确定性，造成了隧道通过区域的地质情况在设计时只能是以点代面。在隧道工程的施工阶段，可靠的超前地质预报技术显的尤为重要。本文以TRT6000系统为例，从工作原理、对比分析、实际应用等方面进行系统的分析研究。TRT6000超前预报技术在那禄1#隧道D1K252+966-D1K253+148段的实际运用，对提前确定合理的开挖工法、支护参数提供了依据，确保了该段施工的安全与质量。
关键词：TRT；超前地质预报；隧道施工
中图分类号：TU：文献标识码：A：文章编号：1673-9671-(2012)022-0128-02
随着我国经济建设的快速发展，高速铁路、高速公路的里程正在飞速增长，隧道工程也因而大量施工。我国工程地质的多样性、复杂性给隧道工程施工带来了一定的难度。施工过程中随时可能遇到断层、暗河、破碎带等不良地质体。如果防护不当，可能导致岩爆、塌方、涌水、突泥等地质灾害。这些灾害可能会影响施工进度，甚至造成人员伤亡，给国家和人民带来严重的经济损失，给施工单位造成极大的负面影响。因此，做好超前地质预报工作，能及时的调整隧道工程施工的工法及支护衬砌参数，对不良地质体提前做好预防和整治措施，能够有效的预防地质灾害的发生。好的超前地质预报工作在隧道工程中的地位和作用都是十分重要的。
目前，常用的地质预报方法一般分为三大类：地质调查法、钻探法和物探法。而隧道施工超前地质预报应以地质分析为基础，进行综合的超前地质预报分析。在物理探测法中，使用最为普遍的就是地震波法。本为将从工作原理、对比分析、实际应用等方面对TRT技术进行分析研究。
1TRT6000工作原理
TSP法是一种新颖、快速、有效、无损的反射地震技术。它是为隧道超前地质预报而专门设计的，可以在隧道施工、地下矿藏、洞穴和地下墓穴开挖前提供帮助，其目的在于迅速超前地提供在开挖周围及前方的三维空间的工程地质预报。TSP和其他反射地震波方法一样，采用了回声测量原理。地震波在指定的震源点（通常在隧道的左边墙或右边墙，大约24个炮点布成一条直线）用小药量激发产生。地震波在岩石中以球面波形式传播。当地震波遇到岩石物性界面（即波阻抗差异界面，例如断层、岩石破碎带和岩性变化等）时，一部分地震信号反射回来，一部分信号透射进入前方介质。反射的地震信号将被高灵敏度的地震检波器接收。反射信号的旅行时间和反射界面的距离成正比，故而能提供一种直接的测量。
TRT6000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，通过垂击或激震器产生的地震波，地震波在隧道中的岩体内传播，当遇到一地震界面时，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，反射波经过一短暂时间到达传感器后被接收并被记录主机记录下来，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：
假设R为反射系数，p为岩层的密度，V等于地震波在岩层中的传播速度。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。然后经O-RV3D软件进行分析处理，对地震波进行叠加，就得到清晰的异常体的层析扫描三维图象。再通过对异常体的里程、形状、大小、走向，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。
解释依据：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。反射体越多、越离散代表岩体越破碎。
2TRT与TSP的对比分析
1）工作平台：TSP203需要在距离掌子面约60 m的隧道开挖支护面上钻25或26个孔；TRT6000需要在距离掌子面约30 m的隧道开挖支护面上附着10个传感器和布设12个震源点。TRT6000相对于TSP203所需工作空间更小，有利于隧道开挖后围岩的及时封闭和衬砌。
2）震源：TSP203一般采用爆破所产生的球面波作为震源；TRT6000采用锤击等可重复使用的方法作为震源。TRT6000相对于TSP203不对初支背后的岩体构成破坏，有利于围岩稳定。
3）预报距离：TSP203的预报距离一般为100 m-150 m；TRT6000的预报距离一般为150 m-300 m。TRT6000相对于TSP203预报距离更长，能减少预报次数，节约预报成本。
4）预报效果：TSP203对垂直于隧道的不良地质体预报效果好，对大角度斜交的不良地质体预报效果不好；TRT6000技术类似给隧道周围岩体做CT，能较好的反应各角度不良地质体。TRT6000相对于TSP203在预报效果上更好，能更有效地防治不良地质体。
3工程实际应用分析
1）工程概况及原设计地质情况。那禄1#隧道位于广西壮族自治区百色~阳圩区间，双线隧道，左右线线间距为4.6 m，设计为7.1‰的单面上坡，全隧均位于直线段上。隧道进口里程D1K252+800，出口里程D1K253+620，全长820 m。本隧D1K252+806处发育一处断层，断层走向与线路走向交角为65°，断层附近岩性为砂岩、泥岩，断层内位断层角砾，破碎带宽度约40 m；D1K253+529处发育一逆断层，走向与线路走向交角为66°。
原勘测设计地质情况：隧区上覆第四系全新统坡残积层（Q4dl+el）粉质黏土，下伏基岩为三叠系中统百逢组上段（T2b3）砂巖夹泥岩，三叠系中统百逢组中段（T2b2）砂岩、泥岩，断层角砾岩（Fbr）。
预报段岩体岩性如下：砂岩为青灰色、灰绿色，中厚层状，钙质胶结，细砂质结构，泥岩为灰色，泥质、钙质胶结，含砂质，局部相变为砂质泥岩，薄至中厚层状，整套地层岩性水平层理和韵律发育，节理、裂隙较发育，岩体微含磷。据钻探揭示，全风化层（W4）岩心呈土状，角砾状，手捏砂感重，厚0～10 m，属Ⅲ级硬土；强风化层（W3）钻出岩心呈碎块状，块状，颜色陈旧，厚5 m～15 m，属Ⅳ级软石；弱风化层（W2）钻出岩心呈块状，短柱状，岩体较破碎，节理、裂隙较发育，砂岩弱风化层属Ⅴ级次坚石，泥岩弱风化层属Ⅳ级软石，砂岩与泥岩比例为6：4。
2）工作概况。本次测试日期为2011年05月18日，测试隧道掌子面位置安装10个传感器，隧道左右边墙各布置５个，锤击震源点共计12个，隧道左右边墙各六个。
检测范围：横向为中心线左右各20 m，纵向为182 m，分析结果图中震源布置点、传感器布置点、掌子面层析扫描成像地质图-俯视图及立体图如图所示，掌子面在图中的位置为18 m，掌子面里程为D1K252+966。
3）TRT系统参数。记录单元：使用24位A/D转换器，所接收信号的频率范围为0.7赫兹-3 900赫兹；接收单元灵敏度：1 V/g；岩体P波波速为：3 370 m/s。
4）分析结果图，见图1，图2，图3。
5）预报结论。通过勘测区域的地震波反射扫描成像三维图、P波波速、掌子面地质观测的信息可以得出如下论：
里程D1K252+966～D1K252+986段：该段存在一些小裂隙，岩体完整性一般。
里程D1K252+986～D1K253+064.7段：该段岩体与掌子面相比没有较大变化，岩体完整性一般。
里程D1K253+064.7～D1K253+074.7段：该段围岩岩体出现较多的裂隙，岩体完整性变差，需要加强支护。
里程D1K253+074.7～D1K253+148段：该段围岩岩体出现很多的小裂隙，岩体完整性变差。
6）实际地质情况。2011年05月21日，掌子面上导施工至D1K252+972时，现场记录掌子面左侧存在一处软弱带。2011年07月10日，掌子面上导施工至D1K253+080时，掌子面为砂质夹泥岩，青灰色，弱风化，薄层至中厚层状，局部泥岩呈灰黑色；层理明显，倾角较陡，走向与线路夹角约呈45度，倾向小里程方向；岩体节理发育，掌子面揭示2组贯通性节理，未见构造现象，岩体破碎，岩质软硬不均，完整性较差。围岩地下水弱发育。综合分析，围岩整体稳定性较差，易发生剥落掉块。经业主、设计、监理、施工四方协商，围岩等级由IV级变更为V级，施工工法由台阶法变更为大拱脚施工法。
4结论
通过工作原理分析、对比分析、实际应用分析等方面系统的分析研究，可得出以下结论。
1）TRT6000采用锤击作为震源，可重复使用，相对于采用爆炸作为震源的其他超前地质预报技术，成本节约，且不会对初期支护背后的围岩造成二次破坏，有利于结构安全。
2）TRT6000工作时间短，对现场施工影响小；预报距离长，减少了预报的次数，降低了预报成本。
3）在对那禄1#隧道打的预报中，体现了TRT6000在实际运用中的可靠性，为提前确定施工工法、支护参数提供了依据，确保了施工的安全与质量。
4）在软弱围岩隧道中，特别是采用大拱脚、CRD、双侧壁导坑法开挖的大断面隧道，施工要求早封闭、快衬砌，根本留不出过长的初期支护断面用于预报工作。只需要约30 m工作空间的TRT6000技术更能满足施工预报需要。
参考文献
[1]李华,李富,鲁光银,何现启.TSP 法与探地雷达相结合在隧道超前地质预报中的应用研究[J].工程勘察,2009,7:86-90.
[2]周和业.TRT6000 地震波超前地质预报系统在大瑞铁路隧道工程的应用[J].科技视野,2010,7:78-79.
[3]中华人民共和国铁道部经济规划研究院.TZ 204—2008 铁路隧道工程施工技术指南[M].北京:中国铁道出版社,2010.
[4] 覃仁辉.隧道工程（第二版）[M].重庆:重庆大学出版社,2008.
关键词：TRT；超前地质预报；隧道施工
中图分类号：TU：文献标识码：A：文章编号：1673-9671-(2012)022-0128-02
随着我国经济建设的快速发展，高速铁路、高速公路的里程正在飞速增长，隧道工程也因而大量施工。我国工程地质的多样性、复杂性给隧道工程施工带来了一定的难度。施工过程中随时可能遇到断层、暗河、破碎带等不良地质体。如果防护不当，可能导致岩爆、塌方、涌水、突泥等地质灾害。这些灾害可能会影响施工进度，甚至造成人员伤亡，给国家和人民带来严重的经济损失，给施工单位造成极大的负面影响。因此，做好超前地质预报工作，能及时的调整隧道工程施工的工法及支护衬砌参数，对不良地质体提前做好预防和整治措施，能够有效的预防地质灾害的发生。好的超前地质预报工作在隧道工程中的地位和作用都是十分重要的。
目前，常用的地质预报方法一般分为三大类：地质调查法、钻探法和物探法。而隧道施工超前地质预报应以地质分析为基础，进行综合的超前地质预报分析。在物理探测法中，使用最为普遍的就是地震波法。本为将从工作原理、对比分析、实际应用等方面对TRT技术进行分析研究。
1TRT6000工作原理
TSP法是一种新颖、快速、有效、无损的反射地震技术。它是为隧道超前地质预报而专门设计的，可以在隧道施工、地下矿藏、洞穴和地下墓穴开挖前提供帮助，其目的在于迅速超前地提供在开挖周围及前方的三维空间的工程地质预报。TSP和其他反射地震波方法一样，采用了回声测量原理。地震波在指定的震源点（通常在隧道的左边墙或右边墙，大约24个炮点布成一条直线）用小药量激发产生。地震波在岩石中以球面波形式传播。当地震波遇到岩石物性界面（即波阻抗差异界面，例如断层、岩石破碎带和岩性变化等）时，一部分地震信号反射回来，一部分信号透射进入前方介质。反射的地震信号将被高灵敏度的地震检波器接收。反射信号的旅行时间和反射界面的距离成正比，故而能提供一种直接的测量。
TRT6000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，通过垂击或激震器产生的地震波，地震波在隧道中的岩体内传播，当遇到一地震界面时，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，反射波经过一短暂时间到达传感器后被接收并被记录主机记录下来，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：
假设R为反射系数，p为岩层的密度，V等于地震波在岩层中的传播速度。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。然后经O-RV3D软件进行分析处理，对地震波进行叠加，就得到清晰的异常体的层析扫描三维图象。再通过对异常体的里程、形状、大小、走向，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。
解释依据：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。反射体越多、越离散代表岩体越破碎。
2TRT与TSP的对比分析
1）工作平台：TSP203需要在距离掌子面约60 m的隧道开挖支护面上钻25或26个孔；TRT6000需要在距离掌子面约30 m的隧道开挖支护面上附着10个传感器和布设12个震源点。TRT6000相对于TSP203所需工作空间更小，有利于隧道开挖后围岩的及时封闭和衬砌。
2）震源：TSP203一般采用爆破所产生的球面波作为震源；TRT6000采用锤击等可重复使用的方法作为震源。TRT6000相对于TSP203不对初支背后的岩体构成破坏，有利于围岩稳定。
3）预报距离：TSP203的预报距离一般为100 m-150 m；TRT6000的预报距离一般为150 m-300 m。TRT6000相对于TSP203预报距离更长，能减少预报次数，节约预报成本。
4）预报效果：TSP203对垂直于隧道的不良地质体预报效果好，对大角度斜交的不良地质体预报效果不好；TRT6000技术类似给隧道周围岩体做CT，能较好的反应各角度不良地质体。TRT6000相对于TSP203在预报效果上更好，能更有效地防治不良地质体。
3工程实际应用分析
1）工程概况及原设计地质情况。那禄1#隧道位于广西壮族自治区百色~阳圩区间，双线隧道，左右线线间距为4.6 m，设计为7.1‰的单面上坡，全隧均位于直线段上。隧道进口里程D1K252+800，出口里程D1K253+620，全长820 m。本隧D1K252+806处发育一处断层，断层走向与线路走向交角为65°，断层附近岩性为砂岩、泥岩，断层内位断层角砾，破碎带宽度约40 m；D1K253+529处发育一逆断层，走向与线路走向交角为66°。
原勘测设计地质情况：隧区上覆第四系全新统坡残积层（Q4dl+el）粉质黏土，下伏基岩为三叠系中统百逢组上段（T2b3）砂巖夹泥岩，三叠系中统百逢组中段（T2b2）砂岩、泥岩，断层角砾岩（Fbr）。
预报段岩体岩性如下：砂岩为青灰色、灰绿色，中厚层状，钙质胶结，细砂质结构，泥岩为灰色，泥质、钙质胶结，含砂质，局部相变为砂质泥岩，薄至中厚层状，整套地层岩性水平层理和韵律发育，节理、裂隙较发育，岩体微含磷。据钻探揭示，全风化层（W4）岩心呈土状，角砾状，手捏砂感重，厚0～10 m，属Ⅲ级硬土；强风化层（W3）钻出岩心呈碎块状，块状，颜色陈旧，厚5 m～15 m，属Ⅳ级软石；弱风化层（W2）钻出岩心呈块状，短柱状，岩体较破碎，节理、裂隙较发育，砂岩弱风化层属Ⅴ级次坚石，泥岩弱风化层属Ⅳ级软石，砂岩与泥岩比例为6：4。
2）工作概况。本次测试日期为2011年05月18日，测试隧道掌子面位置安装10个传感器，隧道左右边墙各布置５个，锤击震源点共计12个，隧道左右边墙各六个。
检测范围：横向为中心线左右各20 m，纵向为182 m，分析结果图中震源布置点、传感器布置点、掌子面层析扫描成像地质图-俯视图及立体图如图所示，掌子面在图中的位置为18 m，掌子面里程为D1K252+966。
3）TRT系统参数。记录单元：使用24位A/D转换器，所接收信号的频率范围为0.7赫兹-3 900赫兹；接收单元灵敏度：1 V/g；岩体P波波速为：3 370 m/s。
4）分析结果图，见图1，图2，图3。
5）预报结论。通过勘测区域的地震波反射扫描成像三维图、P波波速、掌子面地质观测的信息可以得出如下论：
里程D1K252+966～D1K252+986段：该段存在一些小裂隙，岩体完整性一般。
里程D1K252+986～D1K253+064.7段：该段岩体与掌子面相比没有较大变化，岩体完整性一般。
里程D1K253+064.7～D1K253+074.7段：该段围岩岩体出现较多的裂隙，岩体完整性变差，需要加强支护。
里程D1K253+074.7～D1K253+148段：该段围岩岩体出现很多的小裂隙，岩体完整性变差。
6）实际地质情况。2011年05月21日，掌子面上导施工至D1K252+972时，现场记录掌子面左侧存在一处软弱带。2011年07月10日，掌子面上导施工至D1K253+080时，掌子面为砂质夹泥岩，青灰色，弱风化，薄层至中厚层状，局部泥岩呈灰黑色；层理明显，倾角较陡，走向与线路夹角约呈45度，倾向小里程方向；岩体节理发育，掌子面揭示2组贯通性节理，未见构造现象，岩体破碎，岩质软硬不均，完整性较差。围岩地下水弱发育。综合分析，围岩整体稳定性较差，易发生剥落掉块。经业主、设计、监理、施工四方协商，围岩等级由IV级变更为V级，施工工法由台阶法变更为大拱脚施工法。
4结论
通过工作原理分析、对比分析、实际应用分析等方面系统的分析研究，可得出以下结论。
1）TRT6000采用锤击作为震源，可重复使用，相对于采用爆炸作为震源的其他超前地质预报技术，成本节约，且不会对初期支护背后的围岩造成二次破坏，有利于结构安全。
2）TRT6000工作时间短，对现场施工影响小；预报距离长，减少了预报的次数，降低了预报成本。
3）在对那禄1#隧道打的预报中，体现了TRT6000在实际运用中的可靠性，为提前确定施工工法、支护参数提供了依据，确保了施工的安全与质量。
4）在软弱围岩隧道中，特别是采用大拱脚、CRD、双侧壁导坑法开挖的大断面隧道，施工要求早封闭、快衬砌，根本留不出过长的初期支护断面用于预报工作。只需要约30 m工作空间的TRT6000技术更能满足施工预报需要。
参考文献
[1]李华,李富,鲁光银,何现启.TSP 法与探地雷达相结合在隧道超前地质预报中的应用研究[J].工程勘察,2009,7:86-90.
[2]周和业.TRT6000 地震波超前地质预报系统在大瑞铁路隧道工程的应用[J].科技视野,2010,7:78-79.
[3]中华人民共和国铁道部经济规划研究院.TZ 204—2008 铁路隧道工程施工技术指南[M].北京:中国铁道出版社,2010.
[4] 覃仁辉.隧道工程（第二版）[M].重庆:重庆大学出版社,2008.