TRT（True Reflection Tomography）TRT6000隧道超前預(yù)報系統(tǒng)采用層析掃描成像技術(shù)獲得隧道前方的全息圖，代表國際上隧道超前預(yù)報域的水平。

• 采用隧道反射層析掃描成像技術(shù)，生成隧道前方地層結(jié)構(gòu)的全息三維圖
• 勘測結(jié)果準(zhǔn)確、整體的、直觀
• 無耗材、勘測費(fèi)用低
• 操作簡單、穩(wěn)妥
• 系統(tǒng)采用無線連接，攜帶方便
• 勘測范圍廣（300米）

典型成像圖

TRT技術(shù)發(fā)展歷程

隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，新建隧道工程規(guī)模越來越宏大，面臨的地質(zhì)情況更為復(fù)雜多變。隧道施工的過程中，防護(hù)措施不足將會帶來很嚴(yán)重的地質(zhì)災(zāi)害和工程問題，不僅延誤工期，影響穩(wěn)妥生產(chǎn)，而且會帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失，過多防護(hù)又會大大加重成本負(fù)擔(dān)，這促使發(fā)達(dá)對地下巖土工程地質(zhì)條件超前預(yù)報技術(shù)進(jìn)行深入、廣泛的研究。二十世紀(jì)六十年代，在發(fā)展計劃基金支持下，美局網(wǎng)羅了眾多地球物理學(xué)應(yīng)用地震波勘測技術(shù)來研究地層應(yīng)力釋放現(xiàn)象及地層結(jié)構(gòu)掃描成像。在此過程中形成了隧道反射層析掃描成像超前預(yù)報技術(shù)(True Reflection Tomography)，簡稱TRT技術(shù)。在為美局管轄單位及海外客戶服務(wù)的過程中，TRT技術(shù)飛速發(fā)展，在震源上先后采用風(fēng)鎬或挖掘機(jī)、電磁波發(fā)生器、錘擊作為震源，使勘測成本越來越低，操作越來越方便；在軟件上，成功實(shí)現(xiàn)由2D成像到3D全息成像的跨越，使得勘測結(jié)果顯示更為準(zhǔn)確、整體的，直觀。為更好地推廣這業(yè)界有的*技術(shù)，美C-ThruGround工程有限公司從局繼承了相關(guān)資產(chǎn),進(jìn)行立的商業(yè)運(yùn)作,推出了TRT6000隧道超前預(yù)報系統(tǒng)。上海勞瑞儀器設(shè)備有限公司負(fù)責(zé)該產(chǎn)品中區(qū)服務(wù)。

TRT6000隧道超前預(yù)報系統(tǒng)介紹

TRT6000隧道超前預(yù)報系統(tǒng)采用地震層析成像及全息巖土成像技術(shù)。經(jīng)復(fù)雜介質(zhì)傳播記錄的地震信號是由折射、反射、散射、彌散等多類波形所組成，層析成像和全息成像是常用的利用信號波形變化來估計介質(zhì)性質(zhì)變化的位置和范圍的反演技術(shù)。巖石三維圖像(Rock Vision 3D TM)技術(shù)的基本原理是基于地震能量在不同種類介質(zhì)中以不同的衰減率和速度傳播。通常，與破碎或裂隙發(fā)育的巖土體或空洞條件相比，地震波在完整堅硬的介質(zhì)中傳播時，具有更高的傳播速度和更低的衰減。TRT TM技術(shù)的基本原理是利用了地震波在巖土體中傳播過程中，遇到具有不同震動特性的巖土區(qū)帶間的界面時，部分地震波能量將產(chǎn)生反射的特性。絕大多數(shù)地質(zhì)結(jié)構(gòu)異常及巖性變化，在地震信號可及的距離范圍內(nèi)，均可形成可探測的地震反射。TRT 6000勘測成本低，操作簡單，結(jié)果準(zhǔn)確、整體的、直觀，代表隧道超前預(yù)報域新的技術(shù)，是隧道超前預(yù)報系統(tǒng)發(fā)展的方向,表現(xiàn)在如下幾個方面：

1. TRT 6000超前預(yù)報使用錘擊作為震源，可重復(fù)利用，不需要耗材。

2. 使用錘擊作為震源，可在同點(diǎn)作多次錘擊，通過信號疊加，使異常體反射信號更加明顯。

3. 用錘擊作為震源克服了產(chǎn)生的高能量對周圍巖體產(chǎn)生擠壓、破壞現(xiàn)象，從而保證能接收到真實(shí)的地震波信號。

4. 由人控制錘擊產(chǎn)生地震波、可簡單重復(fù)，操作簡單，而產(chǎn)生地震波時高頻信號迅速衰減，對操作人員的要求比較高。

5. TRT 6000采用高精度的傳感器，靈敏度高，大程度地保留了高頻信號，提高了精度及探測距離（硬質(zhì)巖中為300米，軟質(zhì)巖中為150米）。

6. 傳感器和地震波采集、處理器之間采用無線連接，大大簡化了裝備（只有兩個箱子，尺寸見設(shè)備配置），兩個箱子的重量僅為29Kg，攜帶方便。

7. TRT 6000的傳感器布點(diǎn)（圖1）采用立體布點(diǎn)方式，在隧道兩邊分別布置４個傳感器，然后在隧道頂上布置兩個傳感器，從而獲得真實(shí)的三維立體圖，直觀的再現(xiàn)了異常體的位置、形態(tài)、大小。而其他儀器般在左右邊墻各布置個地震波接收地震波，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。

8. TRT 6000還采用了層析掃描的圖像處理方式，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，從而更加輕松地進(jìn)行缺陷診斷。

9. TRT 6000能描繪到隧道水平和垂直方向的所有異物。而其他儀器用于描繪幾乎垂直于隧道的充滿空氣或水的裂隙，而且只能描繪靠近的垂直裂隙，不能描繪稍遠(yuǎn)距離的**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）的裂隙可能沒有反映。對于所描繪的傾斜裂隙，會低估它們的距離。

TRT層析掃描超前預(yù)報系統(tǒng)探測原理及操作

a. 理論

地震波反射探測的方法很早就已經(jīng)在土木工程和采礦作業(yè)等許多方面得到利用。這種技術(shù)的原理在于當(dāng)?shù)卣鸩ㄓ龅铰晫W(xué)阻抗差異（密度和波速的乘積）界面時，部分信號被反射回來，部分信號透射進(jìn)入前方介質(zhì)．聲學(xué)阻抗的變化通常發(fā)生在地質(zhì)巖層界面或巖體內(nèi)不連續(xù)界面。反射的地震信號被高靈敏地震信號傳感器接收，通過分析，被用來了解隧道工作面前方地質(zhì)體的性質(zhì)（軟弱帶、破碎帶、斷層、含水等），位置及規(guī)模。正常入射到邊界的反射系數(shù)計算公式如下：假設(shè)R為反射系數(shù)，為巖層的密度，V等于地震波在巖層中的傳播速度。地震波從種低阻抗物質(zhì)傳播到個高阻抗物質(zhì)時，反射系數(shù)是正的；反之，反射系數(shù)是負(fù)的。因此，當(dāng)?shù)卣鸩◤能洿謳r傳播到硬的白云石時，回波的偏轉(zhuǎn)性和波源是致的。當(dāng)巖體內(nèi)部有破裂帶時，回波的性會反轉(zhuǎn)。反射體的尺寸越大，聲學(xué)阻抗差別越大，回波就越明顯，越容易探測到。

TRT層析掃描超前預(yù)報系統(tǒng)獲取巖層中結(jié)構(gòu)異常邊界的方法

圖1解釋了用地震波反射來獲得地層地質(zhì)狀況三維圖的概念。以每個震源和地震信號傳感器組的位置為焦點(diǎn)，與所有可能產(chǎn)生回波的反射體可以確定個橢球。足夠多數(shù)量的震源和地震信號傳感器組對會形成個三維數(shù)組，每個界面/反射的地層位置可以由這些眾多橢球的交匯區(qū)域所確定。實(shí)際上，反射邊界每 點(diǎn)離散圖像的計算包括由所有震源和地震信號傳感器組所對應(yīng)的三維巖體空間中選定的區(qū)塊。離散圖像中各點(diǎn)值是由空間疊加所有地震波形計算得來，每個波按比例地從震源經(jīng)過三維巖體空間的區(qū)塊到達(dá)地震信號傳感器。

圖1.用地震波反射來獲得地層地質(zhì)狀況三維圖的原理插圖2是這個概念的個示范。各個波形振幅隨時間的變化由被探測巖層大小建立的波速模型來計算。所以，此技術(shù)是掃描和全息技術(shù)的結(jié)合。每個圖像點(diǎn)再現(xiàn)了歸化的反射地震波的波幅，因?yàn)樵谠擖c(diǎn)疊加了所有從震源通過它傳到地震信號傳感器的反射波，并對反射波作了信號衰減的修正。發(fā)射信號（震源）的間隔和頻率決定了圖像的分辨率。為了防止空間混淆，記錄的地震波的短波長不能小于圖像點(diǎn)像素對角線長度的4倍。然而，通常小于四分之波長的異物是不能被探測到的。因此，圖像點(diǎn)像素對角線的長度決定了能探測到的小目標(biāo)尺寸。

b. 探測設(shè)計

結(jié)合上面的理論和工地的實(shí)際應(yīng)用給出了如下幾條操作規(guī)范：

• 地層圖像的分辨率與震源的距離成反比，與可探測到的短波長成正比。通常，離隧道口近的幾米分辨率高，隨著距離增加分辨率會降低。同時，分辨率和圖像點(diǎn)數(shù)成反比，因?yàn)槟芴幚淼亩鄨D像點(diǎn)數(shù)是65536。
• 巖體異常距離測量的誤差由異?；夭úㄋ倌Ｐ偷木葲Q定。波速模型可以隨隧道前移而得到更新，包括隧道地質(zhì)性質(zhì)和機(jī)械屬性的變化。
• 地震波可以由單軸加速計收集，其靈敏軸平行于隧道軸向。加速計和震源擺放在同隧道,并離開震源定距離。這提高了對位于隧道前方巖層異常探測的靈敏度，但非傳感器軸向上的靈敏度會變差。通過改變傳感器的軸向或采用三軸傳感器可以提高隧道側(cè)面巖層異常的圖象質(zhì)量。
• 為確保構(gòu)建地層圖象地準(zhǔn)確性，震源和地震信號傳感器的位置必須準(zhǔn)確到(+/-10cm)。

用TRT超前預(yù)報層析掃描系統(tǒng)來做地層繪圖需要考慮以下幾個因素：

• 隧道的尺寸及挖掘的技術(shù)
• 巖層的類型，周圍地層及可能的隧道口前方的地震波屬性
• 目標(biāo)區(qū)域的屬性，尺寸及范圍
• 描繪異常體要求的分辨率
• 震源、地震信號傳感器的安裝，巖層表面和接近表面的地質(zhì)狀況

用TRT進(jìn)行超前預(yù)報勘測

選擇震源位置

A．隧道震源組合類型（TBM --圓柱形，挖掘和--馬蹄形）；

B．震源和地震信號傳感器的位置如圖2、３。通常，地震信號傳感器組離近的目標(biāo)邊界不能小于10-15米

勘測

• 為每個震源記錄５個好的記錄（５個堆棧）。當(dāng)記錄不致時，增加堆棧數(shù)量（錘擊次數(shù)）。
• 保留所有的記錄，需要記錄震源位置移動后震源條件發(fā)生的變化，輸入所有相關(guān)的發(fā)現(xiàn)。

震源和地震信號傳感器的勘測點(diǎn)

所有地震信號傳感器和震源位置的精度必須小于10CM。位置坐標(biāo)必須與總體坐標(biāo)系統(tǒng)致。它可以是隧道測量鏈長度或者是地形學(xué)坐標(biāo)，和隧道中心線的海拔高度。如果要在TRT層析掃描系統(tǒng)的地層繪圖中附加 隧道附近已建或準(zhǔn)備建的結(jié)構(gòu)，它們的坐標(biāo)也必須提供。