引水洞沿线地质构造总体不发育,其穿越的地层总体为一倒转向斜,核部位于中部的日公塔沟附近,地层岩性为三叠系上统侏倭组(T3zh)变质砂岩与板岩互层;两翼岩性为三叠系上统杂谷脑组上段(T3z2)的变质细砂岩夹粉砂岩、板岩,未见较大规模断层出露,但岩体内层间挤压错动带、揉皱破碎带,小规模断层均有发育。本次采用TRT-V8000隧道超前地质预报系统对引水洞进行测试。
测试现场掌子面
TRT-V8000隧道超前地质预报系统的最大特点在于新搭配了一套扫频震源系统,可以在现场就能观测数据叠加的质量,对数据质量进行实时把控。理论上同一震源点可以连续叠加99次,但就现场测试而言,一般在叠加3次以后信号质量就会有所提升,在叠加5次以后信号噪声明显降低。尤其在围岩较差的五类围岩的条件下,这种叠加的效果更加明显。
TRT-V8000在预报效果提升的同时,在产品设计上更加贴近隧道内的施工环境。包括固定块的耦合设计、无线模块的防水设计以及给锤击开关配备了无线模块。
本次测试供测试了四个掌子面,其中6上和8上使用了大锤锤击作为震源。7上与7下同时使用了锤击震源和扫频震源
现场测试结果
六上掌子面
六上掌子面含水,掌子面局部小股水流涌出,围岩等级为5类围岩。震源使用的锤击震源,采样率8000,记录时长512ms,记录延时-6ms。现场7,8号传感器附近初支脱空,导致信号杂波。其余信号,直达波明显。回波信号明显。
/ 现场采集波形图 /
/ 波速图 /
初步预报结果:
桩号 隧15+689~15+747:该段明显反射,低阻区域较集中,初步推断该区域岩体较破碎,节理裂隙发育,局部可能发育小断层,其中15+733~15+747段p波波速升高,s波降低,该段地下水较发育;
桩号 隧15+747~15+793:该段前段有明显的低阻抗变化,反射连续完整,后段渐无明显变化,结合波速分布图,推断该区域岩体较完整,节理裂隙发育,地下水不发育,洞壁以渗滴水现象为主;
/ 侧视图 /
/ 俯视图 /
/ 三维立体图 /
八下掌子面
/ 侧视图 /
/ 俯视图 /
桩号 隧17+938~17+920:该段前段无明显反射,后段低阻抗变化明显,初步推断该区域岩体与掌子面相似,岩体完整性较好,地下水活动轻微;
桩号 隧17+920~17+882:该段前段有明显的阻抗变化,且变化不连续,结合波速分布图,初步推断该区域围岩岩体完整性较好,节理裂隙较发育,洞壁可能存在线状流水现象;
桩号 隧17+882~17+832:该段有明显的阻抗变化,变化连续,低阻抗变化明显,初步推断该区域岩体完整性较差,节理裂隙发育,局部可能存在软弱夹层,洞壁可能存在线状流水现象。
/ 三维立体图 /
七上掌子面
在靠近震源的2,3,4,5号传感器的数据表现上,锤击震源和扫频震源两者表现相当,但在距离较远的7,8,9号传感器的信号方面,扫频震源的噪声要小于锤击震源,扫频震源获得的信号质量较好。7上掌子面围岩破碎,含水,围岩较差,为Ⅴ类围岩。在围岩环境较差的条件下,大锤震源无法看到的直达波,在扫频震源的条件下,通过7次叠加,能获得很好的效果。
桩号 隧16+266~16+220:该段反射明显,高低阻抗反射杂乱,初步推断该区域岩体破碎,节理裂隙发育,岩质松软,裂隙水较发育,易出现整体失稳,局部坍塌现象;
桩号 隧16+220~16+192:该段结合波速分布图,初步推断该区域为岩体破碎,节理裂隙较发育,局部可能发育软弱结构面或存在软弱夹层,裂隙水轻微发育;易出现整体失稳,局部坍塌现象;
桩号 隧16+192~16+155:该段阻抗变化明显,低阻明显,初步推断该区域岩体破碎,节理裂隙极发育,裂隙水较发育,易出现整体失稳,局部坍塌现象。
七下掌子面
在经过扫频震源5次叠加后(上图为7下掌子面,S6震源点信号),信号噪声明显降低,叠加前信号基本为杂波,叠加后基本能看到直达波初至。这种变化在围岩较破碎的情况下更加明显。在扫频震源的情况,除9号传感器(附近脱空)外,均能看到初至。
而在S6震源点使用锤击震源时,10与11号传感器在现场则不能看到直达波初至。
桩号 隧16+992~17+028:该段反射明显且杂乱,初步推断该区域岩体较破碎,节理裂隙发育,裂隙水较发育,易出现整体失稳,局部坍塌现象;
桩号 隧17+028~17+074:该段前段有明显的低阻抗变化,结合波速分布图,初步推断该区域岩体较破碎~破碎,节理裂隙发育~极发育,裂隙水较发育,其中 隧17+064~17+074段可能存在软弱结构面,易出现整体失稳,局部坍塌现象;
桩号 隧17+074~17+104:该段有明显的阻抗变化,变化连续,高阻抗变化较明显,初步推断该区域岩体完整性差,节理裂隙发育,裂隙水较发育。
总结
TRT-V8000新增的扫频震源在围岩较差的情况下,相较于锤击震源能获得质量更高的数据。尤其在同一震源点,对于距离较远的传感器,扫频震源往往效果更好。
同一震源点,叠加后的信号明显优于叠加前,并且这一点不同于以往的TRT-7000,TRT-V8000叠加的效果在现场就可以看到,这使得现场的技术人员在使用TRT-V8000时,可以根据现场的实际情况来进行信号叠加,一直到信号符合要求为止。
当围岩较好时,锤击震源效果略优于扫频震源,尤其是在靠近震源点附近的传感器,能获得更好的信号。当围岩较差时,则扫频震源综合效果最好。
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