超前地質預報系統(tǒng)TRT

TRT6000超前地質預報系統(tǒng)

鐵科院鐵建所

TRT6000超前地質預報系統(tǒng)

①是一種全新的地質超前預報設備②采用的是美國國家安全局研發(fā)的最新地震波反射追蹤技術

一種全新的地質超前預報設備。二十世紀六十年代，在美國先進技術發(fā)展計劃基金支持下，美國國家安全局網羅了眾多資深地球物理學家應用地震波勘測技術來研究地層應力消除現象及地層結構掃描成像，簡稱TRT技術。2006年，為推廣這一先進技術，美國C-Thru公司從國家安全局繼承了相關資產，與中國鐵道科學研究院聯合推出了TRT6000超前地質預報系統(tǒng)。1、工作原理地震波反射在于當地震波遇到聲學阻抗差異（密度和波速的乘積）界面時，一部分信號被反射回來，一部分信號透射進入前方介質。聲學阻抗的變化通常發(fā)生在地質巖層界面或巖體內不連續(xù)界面。Reflectionofvisuallight Blocadeoflight(shadow)(similartoseismicreflectortracing)(similartoseismictomography)ImagingfeaturesinanyuniverseSeismicwavesinthegroundP-waves(dilatationalparticlemotion)ViewalongtrajectorySideviewS-waves(lateralmotion)SHSVS-wavesurfacerelatives:Raileighwaves&LovewavesorSeismicimpactsources:Blast

SignificantinelasticdeformationLower,no-controlfrequency spectrum 3Dradiation-mostlyP-wavesFastersignaldecayTriggerrepeatabilityproblemRequireddrillingDealingw.explosivesETimeCrushedrockFracturedrockElasticstrain;P-waveradiationChargeInelasticenergylossSeismicenergy

outputTriggerSeismicimpactsources:Hammerstrike

Limitedinelasticdeformation; dependsonrockstrengthNo-controlfrequencyspectrumDirectionalP-andS-wavesModeratewavedecayMoreconsistenttriggerNodrillingandexplosivesProblemsintightspacesETimeInelasticenergylossSeismicenergy

outputTriggerCrushedrockFracturedrockElasticstrainP-wavesS-wavesS-wavesSweptfrequenysource

Near0inelasticdeformation- energylossatanygroundVeryhightriggerrepeatabilityControlledsourcespectrumDirectionalP-andS-waves

OperationalintightspotsApplicableattherocksurface andindrilledholesRequiresadditionalsignal processingtogenerate impact-likerecordsAFrequencyTimeFsFeTriggerTriggerTtTimeElasticstrainP-wavesSourceS-wavesS-wavesSpectrumSourceReflectionImpact-likerecord反射的地震信號被高靈敏地震信號傳感器接收，反射體的尺寸越大，聲學阻抗差別越大，回波就越明顯，越容易探測到。通過分析，被用來了解隧道工作面前方地質體的性質（軟弱帶、破碎帶、斷層、含水等），位置、形狀、大小。Totaltraveltimeforreflectedwaves(Tt=Ti+Tr)definesellipsoidinthree-dimensionalspaceforeachsource-receiverpairTraveltime"Tr"fromReflectortoreceiverTraveltime"Ti"fromsourcetoreflector反射階段傳播時間“Tr”入射傳播時間“Ti”反射波總傳播時間:每對震源和傳感器的反射波總傳播時間在三維空間定義了一個橢球Reflector反射物傳感器震源SourceReceiverTiTrTruereflectorlocationrequiresanumberofellipsoidsfordifferentsource-receiverpairsSourceReflectorReceiverReceiver反射物傳感器傳感器震源實際上反射物位置的確定需要很多震源-傳感器定義的橢球Tunnel2、主要部分組成①主機②基站③無線模塊④傳感器⑤觸發(fā)器---無線數據采集的硬件系統(tǒng)---TRT6000超前地質預報系統(tǒng)TRT6000超前地質預報系統(tǒng)儀器運輸箱儀器運輸箱，總重28kg,可由一人長距離搬運，尺寸：55cm*43Cm*22Cm，47cm*36cm*22cm.TRT6000超前地質預報系統(tǒng)---無線數據采集的硬件系統(tǒng)---無線模塊主要部件運輸箱主機基站布置方式和數據采集A2A5A10A3A8A2A7A6A11A4A9A3A4A5A6A7A8A9A10A112.TRT6000的特點①操作簡單②成本低，實現“零”成本測試③設備可靠度高和適應性強④

采集信息量大，形象的繪制三維立體圖，對于多種不良地質體反應敏感。⑤可提供優(yōu)質的售后服務。①操作簡單現場布置“簡單”測試過程“簡單”彌補失誤“簡單”現場布置“簡單”用6毫米的鉆頭打3.5厘米深的孔。在固定塊上抹上膨脹性快干水泥，把固定塊固定在隧道邊墻和洞頂表面。傳感器通過螺絲安裝在固定塊上，從而實現傳感器和巖體的緊密耦合。Couplingaccelerometerstosoftergroundsurface(e.g.salt).–Approach2ToolsSectionMountedaccelerometerTunnelplanviewStandardpatternofsourceandreceiverlocationsforTRTseismicsurveysintunnelsA25m10to20m5m5m2mSourcepointsAccelerometersA5A10A3A8A2A7A6A11A4A9A3A4A5A6A7A8A9A10A11Tunnelcross-sectionA5A10A3A8A2A7A6A11A4A9TBMtunnelD&Btunnel震源點傳感器隧道橫斷面圖隧道平面圖TBM隧道應用TRT地震儀勘測時震源和傳感器標準的位置傳感器傳感器TriggerCh.1Ch-s13-24SeismographSeismographpowersupplyPowergeneratororcommercialACpower110VACPowerCh-s(1)2-12SignallinesDCpowerACpowerPowerstripSeismographAmplifierArrayofaccelerometersHammerBlock-schematicforwiredTRT?surveysusinghammerassource.用鐵錘作為震源TRT系統(tǒng)的單元結構圖EnabletheHammerTrigger開啟鐵錘觸發(fā)器TRT6000WirelessSeismicSystemisEasytoUseTurnontheRemoteModules

無線模塊上電3.StriketheHammer錘擊Block-schematicforwirelessTRT?surveysusinghammerassource.TriggersignalArrayofaccelerometersconnectedtoremotewirelessmodulesHammerBasestationLaptopforwirelessTRTdataacquisitionandprocessingNocommercialpower;Noexpensiveseismograph;Nocablelines;Lesstotalweightandvolume;BetterresolutionofseismicsignalsADVANTAGESWirelessseismicdataacquisitionUserInterface測試過程“簡單”震源只需要用8磅的錘錘擊表面的巖體或固結的混凝土。準備時間短,對施工擾動小采集時間僅需10分鐘。Usinghammerasimpactsource

用錘擊作為振源彌補失誤“簡單”由人控制錘擊產生地震波、對周圍巖體沒有產生擠壓、破壞現象，對于接收不好的測試信號，可簡單重復測試，操作簡單。Andthedataiscollected采集到的地震波數據Comparisonofseismicdatafrom

wired

(red),and

wireless

(blue)TRTsurveyinrealtunnel.0 TIME,ms65Source@S2A2A3A4A5A6A7A8A9Source@S5A2A3A4A5A6A7A8A90 TIME,ms65Comparisonofseismicrecordforthesamegainrecordedbywiredseismograph(top)andwirelesssystem(bottom)相同增益下地震波記錄比較：有線（上）和無線（下）TRT6000系統(tǒng)實現“零”成本測試TRT6000超前預報使用錘擊作為的震源，可重復利用，不需要耗材

設備可靠度高和適應性強這種方法非常適合于煤礦、TBM掘進工程等施工場地狹小、嚴禁明火的現場。

例如：含瓦斯地層、煤礦、傾斜度大的斜井、軟弱的危險地層

接收頻率范圍為0.7-3900Hz，能夠在軟巖、硬巖、黃土、松散堆積物等多種地質環(huán)境里進行的超前地質預報.

安全性非常高、震源可重復利用、通過多次錘擊，獲得疊加信號，使異常體反射更加明顯Remote

wireless

modulesconnectedtoaccelerometers

信息處理采集信息量大，形象的繪制三維立體圖，對于多種不良地質體反應敏感。震源和傳感器采用矩陣排列，獲得真實的三維立體圖，直觀再現異常體的形態(tài)、大小。斷層破碎帶不良地質體接觸界限含水構造大管徑的管狀巖溶構造Dataprocessingflow1.下載地震波數據和震源、傳感器位置的坐標2.設定地層成像區(qū)域和最佳精度(節(jié)點數目)的大小3.設定慮波器，選取每個記錄的直達波，并計算地震波的平均波速4.為所選區(qū)塊構建地震波速度模型5.為數據處理設定過濾參數6.重復步驟3,4,5處理數據，直到處理結果達到平衡，噪音干擾衰減到足夠小。7.設定背景（比例、顏色代碼）來顯示結果8.審查和分析在巖層中探測到的異常的平面（二維）和立體（三維）繪圖數據處理流程SeismicdatafromwiredTRTsurvey0 TIME,ms60Source@S5A2A3A4A5A6A7A8A9A10A11Source@S9A2A3A4A5A6A7A8A9A10A11Signalaverageamplitude0.22VppSignalaverageamplitude0.16VppSr0 TIME,ms60信號平均振幅為0.16Vpp信號平均振幅為0.22VppUsinglinearregressiontomeasureaverageseismicwavevelocityVp=5,850m/sVsr=3,000m/sVs=3,300m/sVsr-velocityofsurfacewavesVs–velocityofSwaves(assessed)Vp–velocityofPwaves表面波波速S波波速用線性遞歸方法測量平均地震波的波速P波波速距離時間SeismicvelocitymodelSoundvelocityintunnel=350m/sAveragevelocity=3,300m/sFaceTunnelSourceReceiverP-wavevelocitym/s3503,300隧道中聲波的傳輸速度=350m/s隧道平均速度＝3300m/s地震波波速模型隧道面震源傳感器修正地震波的衰減240-840Hz濾波器，消除噪音信號干擾Correctionforattenuationofseismicwaves修正地震波的衰減512ms0msSubduedirectwaves抑制直達波Filtersfordataprocessing數據濾波處理0 TIME,ms 120SourceA2A3A4A5A6A7A8A9A10A11SourceA2A3A4A5A6A7A8A9A10A11Rawseismicwaveforms(top),andwaveformsfilteredfordataprocessing(bottom).原始的地震波形（上）和過濾后的波形（下）1.鐵路2.公路3.礦山4.水利水電5.煤炭2006年引入我國以來，在多個領域獲得了廣泛應用斷層破碎帶

谷家臺32線斷層圖斷層走向從俯視圖上看，紅線標示處兩側有明顯的錯斷現象，可初步判譯紅色線為斷層走向線。從立體圖上看，紅色線標示的面左側異常斷開，可初步判斷為斷裂面破碎帶2006年10月21日在武廣客運專線湖北赤壁行將山隧道檢測結果：2008年04月24日山東蓬萊中鐵四局龍煙隧道25-47米處存在一個斜向相交的破碎帶

吐庫二線中天山隧道變質砂巖與英安巖的不整合接觸面

從俯視圖上看，紅線位置節(jié)里裂隙發(fā)育，經開挖結果驗證，此處為變質砂巖與英安巖的不整合接觸面?zhèn)纫晥D（280米）立體圖瑞士公路隧道－2002

挖掘至此處，發(fā)現較大的水量涌出GeneralalignmentofpossiblesystemofvoidsPlannedtunnelalignmentElevation,m706050403020100-10-20