美国TRT7000隧道地质超前预报系统 - 欧美大地仪器设备中国有限公司

TRT（True Reflection Tomography）7000型超前预报系统采用扫描成像技术获得隧道前方的全息图。

采用隧道反射扫描成像技术，生成隧道前方地层结构的全息三维图；
勘测结果准确、全面、直观，检测成果易于解译、断层、破碎、富水带、岩溶及采空区特征明显；
没有耗材，勘测费用低；
系统采用无线连接，操作简单、安全，携带方便；
勘试时间短，不影响隧道施工；
适用范围：铁路、公路、水利、矿山等领域均可应用，探测距离远（100-300 米）；

一、TRT7000超前预报系统技术原理

TRT7000采用由美国国家安全局下属公司申请美国国家高新技术发展基金研发的隧道地震波反射体三维成像技术，该技术的原理在于当地震波遇到声学阻抗差异（密度和波速的乘积）界面时，一部分信号被反射回来，一部分信号透射进入前方介质。声学阻抗的变化通常发生在地质岩层界面或岩体内不连续界面。反射的地震信号被高灵敏地震信号传感器接收，通过分析，被用来了解隧道工作面前方地质体的性质（节理裂隙带、软弱带、断层破碎带、含水构造等）,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，ρ1、ρ2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。因此，当地震波从软岩传播到硬的围岩时，回波的偏转极性和波源是一致的。当岩体内部有破裂带时，回波的极性会反转。反射体的尺寸越大，声学阻抗差别越大，回波就越明显，越容易探测到。

二、TRT7000超前预报系统数据采集流程

首先，采用立体布置方式，合理布置TRT型超前预报系统的震源点和传感器点。TRT系统一般布置12个震源点和10个传感器点，将震源点分两排布置在接近掌子面的左右边墙上，两排间隔为2米，10个传感器点分四排布置在离震源点10-20米的隧道两边墙及拱顶上，每排相隔5米（图01）。其次，通过人工锤击震源点，激发地震波，完成自动采集过程。在人工锤击时，绑在锤上的触发器触发基站，给所有无线模块同时下达采集数据的指令。最后，所有无线模块采集、记录地震波信号发送至基站，并同时显示在主机的采集软件界面中（图02）。

图01 TRT7000超前预报震源及传感器的典型布置（左：俯瞰图；右：截面图）

图02 TRT7000超前预报系统使用示意图

三、TRT7000的性能

1）TRT7000 超前预报使用锤击作为的震源，可重复利用，不需要耗材，而使用炸药爆炸作为震源每次需要相当费用。

2）使用锤击作为震源，可在同一点做多次锤击，通过信号叠加，使异常体反射信号更加明显。

3）用锤击作为震源克服了爆炸产生的高能量对周围岩体产生挤压、破坏现象，从而保证接收到真实的地震波信号。

4）由人控制锤击产生地震波，重复性好，操作简单，而爆炸产生地震波时高频信号迅速衰减，对操作人员的要求比较高。

5）TRT7000 采用高精度的加速计作为传感器，灵敏度高（1V/g），大幅度保留了高频信号，提高了精度及探测距离（硬质岩中为300 米，软质岩中为150 米,黄土地层100 米）。

6）传感器和地震波采集、处理器之间采用无线连接，大大简化了装备（只有两个箱子，尺寸见设备配置）。两个箱子的重量仅为16Kg，携带方便。

7）TRT7000 的传感器布点采用立体布点方式（图01），在隧道两边分别布置4 个传感器，然后在隧道顶上布置两个传感器，从而获得真实的三维立体图，直观的再现了异常体的位置、形态及大小。而其他仪器一般在左右边墙各布置一个地震波信息接收器接收地震波，这样的布置方式只能获得异常体的位置信息，而不能获得形状、大小等信息，同时对于大角度斜交隧道的裂隙可能没有反映。

8）TRT7000 还采用了扫描图像处理方式，绘制三维视图，并可以从多个角度观察缺陷，使得图像更加清晰，易于理解，从而轻松地进行缺陷诊断。

9）TRT7000 能描绘到隧道水平和垂直方向的所有异物。而其他仪器只能描绘几乎垂直于隧道的充满空气或水的裂隙及近距的垂直裂隙，不能描绘稍远距离的第二或第三裂隙（尤其是充气裂隙）。对于斜交隧道（由其是大角度斜交隧道）的裂隙没有反映。对于所描绘的倾斜裂隙，会低估它们的距离。