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TYT-16S型地震波探測儀
tunnel geological prediction
一、概述
TYT-16S型地震波探測儀可檢測出掌子面前方巖性的變化，如:不規(guī)則體、不連續(xù)面、斷層和破碎帶。TYT-16S型地震波探測儀作為一種預(yù)報方法，它不僅可以在以鉆爆開挖方式的隧道中使用，也可以使用在以TBM開挖的隧道中，而且無需在掌子面上直接作業(yè)。
二、產(chǎn)品用途：
★滿足《公路工程實驗檢測機(jī)構(gòu)》甲、乙、丙級的資質(zhì)要求
★滿足《橋梁隧道工程專項》的資質(zhì)要求
★滿足《公路工程物探規(guī)程》JTG∕T C22-2009；
《鐵路隧道超前地質(zhì)預(yù)報技術(shù)規(guī)程》Q∕CR9217-2015
★用于公路鐵路隧道、水電隧洞、井下、地鐵等地下工程的地質(zhì)災(zāi)害超前探測
★適用于鉆爆隧道、TBM隧道的超前預(yù)報
★儀器支持國際兩種測試方法：真地震反射成像技術(shù)、隧道地震反射地質(zhì)預(yù)報
二、特色：
1、預(yù)報范圍可達(dá)100米~200米
2、無需在掌子面上直接作業(yè)，可規(guī)避一定的安全風(fēng)險
3、現(xiàn)場測試便捷，設(shè)備獨(dú)立運(yùn)行，無需外部供電及外接計算機(jī)
4、使用真地震反射成像技術(shù)法測量時無需鉆孔和爆破，現(xiàn)場***簡潔，占用施工時間少
5、以錘擊為震源觸發(fā)，觸發(fā)器同步性好，可控、精確、重復(fù)好
三、工作原理（真地震反射成像技術(shù)法與隧道地震反射地質(zhì)預(yù)報法法）
1、真地震反射成像技術(shù)法（True Reflection Tomography）：
是利用巖體中不均勻面的反射地震波進(jìn)行超前探測，它是美國NSA工程公司近年開發(fā)的新方法，國外已實際應(yīng)用。該法在觀測方式和資料處理方法上與隧道地震反射地質(zhì)預(yù)報法法及負(fù)視速度法均有很大不同，它采用空間多點(diǎn)激發(fā)和接收的觀測方式，其檢波點(diǎn)和激發(fā)點(diǎn)呈空間分布，以便充分獲得空間場波信息，從而使前方不良地質(zhì)現(xiàn)象的定位精度大大提高；它的數(shù)據(jù)處理關(guān)鍵技術(shù)是速度掃描和偏移成像，不需要走時，因此，對巖體中反射界面位置的確定、巖體波速和工程類別的劃分都有較高的精度，而且還具有較大的探測距離，應(yīng)該說較隧道地震反射地質(zhì)預(yù)報法法有較大的改進(jìn)。由實際應(yīng)用知，真地震反射成像技術(shù)法在結(jié)晶巖體中的探測距離可達(dá)100～150m，在軟弱的土層和破碎的巖體中尚可預(yù)報60～100m。該法成功應(yīng)用的例子很多，較典型的是奧地利的通過阿爾卑斯山的鐵路雙線隧洞施工中進(jìn)行了全程的超前預(yù)報；
1-1 真地震反射成像技術(shù)采用空間多點(diǎn)激發(fā)和接收的觀測方式，其檢波點(diǎn)和激發(fā)點(diǎn)呈均勻的三維空間分布，以便充分獲得空間場波信息，從而使前方不良地質(zhì)現(xiàn)象的定位精度大大提高；
1-2 真地震反射成像技術(shù)的數(shù)據(jù)處理關(guān)鍵技術(shù)之一是速度掃描和偏移成像，不需要走時，因此，對巖體中反射界面位置的確定、巖體波速和工程類別的劃分都有較高的精度，并具有較大的探測距離。
1-3 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一個橢球。足夠多數(shù)量的震源和地震信號傳感器組對會形成一個三維數(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。
1-4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，真地震反射成像技術(shù)技術(shù)是掃描和全息技術(shù)的結(jié)合，震源的間隔和頻率決定圖像的分辨率。
2、隧道地震反射地質(zhì)預(yù)報法（Tunnel Seismic Prediction）：
是利用地震波反射回波方法測量的原理。地震波震源采用小藥量炸藥激發(fā)產(chǎn)生，炸藥激發(fā)在隧道邊墻的風(fēng)鉆孔中，通常24個炮孔布置成一條直線。地震波的接收器也安置在孔中，一般左右洞壁各布置
一個。地震波在巖石中以球面波形式傳播，當(dāng)?shù)卣鸩ㄓ龅綇椥圆ㄗ杩共町惤缑鏁r，例如斷層、巖體破碎帶、巖性變化或巖溶發(fā)育帶等，一部分地震信號反射回來，一部分信號透射進(jìn)入前方介質(zhì)繼續(xù)傳播。
反射的地震信號被高靈敏度的地震檢波器接收，反射信號的傳播時間與傳播距離成正比，與傳播速度成反比，因此通過測量直達(dá)波速度、反射回波的時間、波形和強(qiáng)度，可以達(dá)到預(yù)報隧道掌子面前方地質(zhì)條件的目的。在一定間隔距離內(nèi)連續(xù)采用上述方法，結(jié)合施工地質(zhì)調(diào)查，可以得到隧道圍巖的地質(zhì)力學(xué)參數(shù)，如動彈性模量、動剪切模量和動泊松比參數(shù)等。工作中結(jié)合相關(guān)的地質(zhì)資料和施工地質(zhì)工作，總結(jié)預(yù)報經(jīng)驗可以提高預(yù)報的準(zhǔn)確性。
四、系統(tǒng)主要組成部分：
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全套配置 |
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主件部分 |
附件部分 |
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（1）16通道采集系統(tǒng) |
（1）高亮手電筒 |
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（2）8支單向數(shù)據(jù)采集傳感器單元 |
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（3）3個分線盒 |
（2）隧道專用頭燈 |
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（4）1個擊發(fā)錘、（內(nèi)置觸發(fā)傳感器） |
（3）專用耦合劑 |
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（5）1臺主機(jī) |
（4）激光測距儀 |
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（6）1套現(xiàn)場采集軟件 |
（6）隧道專用防塵口罩 |
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（7）基于云端的三維出圖與結(jié)論平臺 |
（7）反光貼 |
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（8）護(hù)目鏡 |
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（9）自封防水袋 |
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（10）傳感器連接線 |
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（10）分線盒連接線 |
六、設(shè)備參數(shù)指標(biāo)
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現(xiàn)場數(shù)據(jù)記錄單元參數(shù)指標(biāo) |
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支持測試方法 |
真地震反射成像技術(shù)法、隧道地震反射地質(zhì)預(yù)報法 |
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預(yù)測距離： |
100-200米； |
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相當(dāng)小預(yù)報的地質(zhì)尺度： |
1米； |
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A/D精度： |
24bit； |
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采集通道數(shù)： |
16通道 |
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內(nèi)置工業(yè)計算機(jī) |
i5、128GB固態(tài)硬盤、現(xiàn)場無需外接計算機(jī)即可工作 |
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采樣速率 |
100KHz/50KHz/10 KHz/5 KHz/多檔可調(diào) |
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采集方式： |
全并行同步采集 |
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顯示器： |
10.1寸高亮液晶屏，陽光下清晰可視 |
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鍵盤： |
全金屬工業(yè)級鍵盤，按鍵壽命大于10萬次 |
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攜帶： |
便攜式，內(nèi)置鋰電池，可連續(xù)工作12小時，現(xiàn)場無需外接電源即可工作 |
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充電時間： |
約4小時 |
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電量指示： |
帶百分比的電量指示，同時可顯示電池電壓 |
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輸出接口： |
2個USB接口，可接鼠標(biāo)、U盤、移動硬盤等 |
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尺寸重量： |
310mm×260mm×130mm；約12公斤 |
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防護(hù)等級： |
IP67（關(guān)閉情況下防水） |
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工作溫度： |
-20℃~60℃ |
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操作系統(tǒng)： |
默認(rèn)為Windows |
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傳感器單元參數(shù)指標(biāo) |
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靈敏度系數(shù) |
1000mV/g |
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量程 |
±5g pk |
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分辨率 |
0.00005 g |
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頻響 |
0.5-3KHz |
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工作溫度 |
-18~66℃ |
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重量 |
7.5克 |
七、成像效果圖
（1）立體圖
（2）側(cè)視圖
（3）俯視圖
八、近期部分案例
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時間 |
項目名稱 |
預(yù)測隧道地質(zhì)情況 |
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2017年 |
嚴(yán)家灣隧道 |
1、掌子面描述：掌子面（里程k0+700）巖性為灰黑色砂巖，巖體較破碎，節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖體呈中風(fēng)化，巖質(zhì)相對稍硬（見掌子面照片），圍巖基本分級為Ⅳ級。 2、在k0+700～k0+670（30m）段：成果圖波速圖顯示，該段波速曲線呈直線分布，即該段內(nèi)圍巖完整性、強(qiáng)度基本一致，巖性主要為中風(fēng)化灰黑色砂巖，巖體較破碎，節(jié)理裂隙較發(fā)育，段內(nèi)無地下水發(fā)育，巖體較為干燥，巖體相對較為穩(wěn)定，擾動后易發(fā)生掉塊等現(xiàn)象，對施工的影響較小。 3、在k0+670～k0+600（70m）段：該段整體埋深較淺，段內(nèi)圍巖整體受風(fēng)化作用逐漸增強(qiáng)，巖體呈強(qiáng)風(fēng)化，巖體破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育，該段波速曲線整體呈緩慢下滑趨勢，即圍巖完整性、強(qiáng)度逐漸減弱，圍巖基本分級為Ⅴ級，其中成果圖俯視圖顯示，在k0+670～k0+640（30m）段，在隧道洞身軸線位置存在與隧道軸線斜交的斷裂構(gòu)造或較大的裂隙，段內(nèi)圍巖相對較為軟弱，穩(wěn)定性差，存在側(cè)壁圍巖側(cè)滑的可能性，存在一定的風(fēng)險，風(fēng)險相對較小，對施工的影響較小；在k0+640～k0+600（40m）段，該段為淺埋段，巖性為強(qiáng)風(fēng)化砂巖或強(qiáng)風(fēng)化砂巖與泥巖互層段，圍巖完整性較差，松散破碎，段內(nèi)巖體呈強(qiáng)風(fēng)化，風(fēng)化裂隙呈張開型，可能有泥質(zhì)充填，對圍巖整體的穩(wěn)定性影響較大，段內(nèi)地下水不發(fā)育，巖體較為干燥。
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2017年 |
中壩隧道 |
1、在K0+980～K0+910（70m）段：該段存在走向與隧道軸線斜交的斷層帶（見俯視圖），在斷層帶內(nèi)及附近，圍巖巖體受構(gòu)造擠壓破碎，巖體破碎，至極破碎，軟弱，穩(wěn)定性極差，存在構(gòu)造裂隙水，斷層帶及構(gòu)造裂隙為地下水富集和流通的通道，有導(dǎo)水的作用，段內(nèi)為富水帶，存在側(cè)壁圍巖側(cè)滑，擠壓初支變形、塌方的潛在風(fēng)險，在掘進(jìn)過程中，建議布置1～3個超前水平鉆孔，隨時注意觀察炮孔滲水量，防止發(fā)生突水、突泥等事故。 2、在K0+910～K0+880（30m）段：波速圖顯示，該段圍巖內(nèi)波速值逐漸增大，即圍巖完整性、強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)，圍巖含水量逐漸降低，以基巖裂隙水為主，水量較大。 |
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2017 |
大白巖隧道 |
1、圍巖總體評價：該段埋深較淺，圍巖巖性主要為泥頁巖，巖體呈中風(fēng)化，裂隙以風(fēng)化裂隙為主，呈張開型，巖體整體破碎～極破碎、軟弱，圍巖完整性、穩(wěn)定性較差。 2、在YK20+502～YK20+534（32m）段：成果圖波速圖顯示，該段波速曲線呈直線分布，波速值相對穩(wěn)定，即圍巖巖性、完整性基本一致，段內(nèi)圍巖弱含水，呈濕潤狀，其中在YK20+512～YK20+522（10m）段：洞身左側(cè)可能為強(qiáng)風(fēng)化極破碎含水巖體、地表含水覆蓋層，遇水易軟化，形成軟弱帶，施工過程需要特別注意防護(hù)。 3、在YK20+534～YK20+550（16m）段：該段圍巖整體破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育比較密集，存在與隧道洞身斜交的構(gòu)造裂隙（導(dǎo)水、匯水的通道和場所），段內(nèi)圍巖含水，水量較小，為地表水從裂隙導(dǎo)入所致，對施工有一定的影響。 4、在YK20+558～YK20+564（8m）段：在隧道洞身右側(cè)，存在不連續(xù)的軟弱夾層帶或節(jié)理裂隙密集帶，圍巖巖體破碎、含水，水量較小，呈濕潤、滲水狀。 |
