trt

地质预报技术(TRT)在隧道施工中的应用

摘要：本文以TRT施工地质预报技术作为手段，以高速公路隧道为工程背

景，结合地质法分析，对掌子面前方的围岩地质情况进行预报，所得成果可以供

其他类似工程作为参考。

关键词：TRT；高速公路隧道；地质预报

一引言

二十一世纪是隧道工程和地下工程大发展的世纪。随着科学技术和地球物理

学的飞速发展，在世界范围内出现很多针对隧道施工的物探方法。主要有地质雷

达（GPR）、水平声波剖面法（HSP）、陆地声纳法、隧道地震超前探测（TSP）、

负视速度法（VSP）、瞬变电磁法、红外探测技术、地质层析成像超前预报（TRT）

等[1]-[2]。

地质层析成像超前预报，英文简称TRT（TunnelReflectionTomoGraphy），

是由美国NSA工程公司在21世纪初期研发成功的，主要用于隧道地质预报，目

前在中国应用较少。该技术最大的特点就是实现了全空间观测，在资料处理上也

是地震偏移成像，检波器布置在洞壁和掌子面上，可以最大限度收集波场信息，

从而形成空间立体接收。该方法已在欧洲许多国家得到广泛应用并获得好评，如

Blisadona隧道和奥地利的穿越阿尔卑斯山的铁路双线隧道等，预报距离在

100~150m。本文以三峡翻坝高速公路隧道工程为实例，将TRT超前地质预报技

术应用其中，预报成果可供类似工程参考。

二工程概况

2.1地形地貌

天鹅岭隧道地处构造侵蚀溶蚀低山－丘陵地貌单元，山顶浑圆，其顶部高程

306-407.9m。山体相对高差50-200m，自然坡度一般21-36°，局部较陡，隧道进

口上方有陡崖，高80-120m。其下有落步溪蜿蜒通过。出口一带坡下有小沟子河，

河水蜿蜒东去，汇入落步溪。区内“V”型冲沟较发育，地面高程在167m-407.9m。

此外，隧道进、出口附近有乡村公路，交通较为便利。

2.2地质构造

天鹅岭隧道区在大地构造位置上属扬子准地台（上）黄陵小区，位于燕山期

构造运动产生的黄陵背斜南东翼，该背斜由核部晋宁花岗闪长岩~翼部震旦系、

寒武系和白垩系地层组成的单斜构造，无次级褶皱发生。隧道区内未发现大的断

裂。岩体中节理裂隙较发育，主要有4组：NW290°、NW320°、NW210°、NE50°。

2.3地层岩性

隧道区山体基岩出露较好，岩性为寒武系上统三游洞组灰色厚层－块状白云

岩、硅质白云岩夹少量同生角砾岩、页岩、含燧石结核或条带，岩层产状128°-135°

∠8°-13°。沟谷及局部缓坡地带有零星第四系覆盖层。

2.4区内地下水类型

区内地下水有第四系孔隙水、基岩裂隙水及岩溶水。其中岩溶水分布不均衡，

局部水量较大，且具承压性。上述几种地下水均接受大气降水的补给，呈季节性

变化。

三TRT技术基本原理

3.1传感器布置与震源激发

TRT技术要求在三维空间内布置传感器，使用带有无线模块的传感器组接收

由“重锤”震源产生的地震波信号。传感器通过无线传感器基站把信号存贮在计算

机中，处理后获得地震信号数据。带触发器的重锤与计算机之间通过基站有线链

接，主要是为了确保激发与接收地震信号不产生延迟，传感器与计算机为无线连

接，方便在隧道中安装传感器，如图1所示。

图1TRT工作示意图

3.2数据接收与处理

1、确定地震波传播速度及距离的方法

TRT技术假定一个波速模型，根据传感器或者检波器接收到的地震波信号得

到某一波形传播的时间，运用波速初始模型得到运算后的不良地质体的推测距

离。然后根据实际情况修正模型参数，以求得到一个最大程度上符合实际的结果。

通过读取初至波（横波、纵波）的时间建立传播时间与距离散点图，找到一

条合适的拟合曲线，该曲线的斜率即为初始横波或者纵波速度。

2、数据反演及滤波处理

传感器采集全波段的地震信号数据。在解译时进行首波切除，滤波降噪，区

分P波和S波处理。然后使用初始地震波速度模型参数计算目标地质体位置。

四工程应用

4.1掌子面地质情况

天鹅岭隧道右洞掘进至YK25+902，围岩地质情况如下：围岩为寒武系上统

三游洞组微风中~厚层状浅灰色含泥白云岩、深灰色白云岩，二者呈不等厚度互

层，属硬质岩石，岩层平缓，层理发育，层间结合较好，岩层产状为142°∠8°。

节理较发育，主要有三组：①230°∠82°，间距0.5-1m，可见延伸长1-2m，微张，

无充填，节理面较较平直、较光滑，结合较差；②走向147°，近直立，间距约

0.5m，可见延伸长1-1.5m，微张，无充填，节理面较粗糙，结合一般；③走向

67°，近直立，间距0.3-0.5m，可见延伸长0.5-1m，微张，无充填，节理面较粗

糙，结合一般。岩体较破碎，呈裂隙块状结构，掌子面及两侧壁基本稳定，拱顶

沿层掉块。地下水发育，掌子面潮湿，并伴有多处渗水，拱顶滴水。此外，已成

洞段YK25+897右侧壁渗水、拱肩处线状滴水；YK25+889右拱肩及YK25+888

右侧壁股状涌水，水量约为2L/s；YK25+887右侧壁渗水；YK25+855-YK25+862

段左侧壁多处股状涌水，水量约为5L/s。水质清澈，无色、无味，推测地下水

类型以裂隙水为主。

4.2TRT地质预报成果

地质超前预报主要采用TRT方法探测，并结合现场地质调查进行，探测范

围为YK25+902-YK26+020，长118m。根据TRT探测成果图件（如图2所示），

结合现场地质调查，综合推断YK25+902-YK26+020段围岩地质情况分述如下：

1、YK25+902-YK25+920段，长18m，推测围岩为微风化白云岩、含泥白

云岩，二者呈不等厚度互层，属较硬岩石；岩层平缓，层理较清晰，层间结合较

好。围岩纵波速度为3.6km/s，且变化不大，推测该段节理较发育，岩体较破碎；

岩溶不甚发育；存在少量裂隙水，开挖施工中渗水或线状滴水；围岩条件差异不

大，自稳能力较差。综合判断，该段围岩级别为Ⅳ级。

2、YK25+920-YK26+020段，长100m，推测围岩为微风化白云岩、含泥白

云岩，二者呈不等厚度互层，属较硬岩石；岩层平缓，层理较清晰，层间结合一

般。围岩纵波速度变化较大，时高时低，为3.2-3.8km/s，推测该段节理、裂隙

较发育，岩体较破碎；岩溶较发育，局部可能存在宽大溶隙或溶穴，存在一定量

的岩溶、裂隙水，开挖施工中普遍渗水或浅状滴水，局部可能发生股状涌水；围

岩自稳能力较差，围岩条件存在差异性。综合判断，该段围岩级别为Ⅳ级。重点

注意YK25+930-YK25+940段、YK25+950-YK25+962段、YK26+005附近及

YK26+020附近。

图2天鹅岭隧道右洞TRT超前预报三维图

五结论

1、TRT层析扫描超前预报技术可用于指导隧道施工、地层绘图、采矿、地

下水文和地质测量、填埋物的描绘和定位、判断地下危险物移动等。其采用了业

界独有的层析扫描成像及用捶击产生地震波的技术，从而提高了数据采集效率、

降低了操作难度而且使图像更易于理解，更有利于缺陷诊断。相比于其他的弹性

地震波反射物探方法而言，拥有独特的优势。

2、经过现场应用研究，得出TRT预报技术的优点为：使用锤击作为的震源，

可重复利用，基本不需要耗材；使用锤击作为震源，可在同一点作多次锤击，通

过信号叠加，使异常体反射信号更加明显；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，从而保证能接收到真实的地震波信号；采

用高精度的加速计作为传感器，灵敏度高，能够最大程度地保留了高频信号，提

高了精度及探测距离，而其他仪器使用的是速度传感器，容易损失高频信号；传

感器和地震波采集、处理器之间采用无线连接，大大简化了设备；传感器布点采

用立体布点方式，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、大小；

采用层析扫描的图像处理方式，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，从而更加轻松地进行缺陷诊断。

3、经过现场应用研究，得出TRT预报技术的缺点为：由于仪器采集处理程

序由外国程序员编写，操作性不够理想；仪器在三维空间内采集地震波数据，因

此要求在隧道的拱顶上布设传感器，增加了设备的安装难度；仪器的传感器灵敏

度高，易受外界噪声干扰。

参考文献

[1]何发亮，李苍松，陈成宗.隧道地质超前预报[M].成都：西南交通大学

出版社，2006.

[2]齐传生.隧道及地下工程地质超前预报技术[J].隧道建设，2005，25(3)：

9-11.