1、TRT6000超前地质预报系统 铁科院铁建所,TRT6000超前地质预报系统, 是一种全新的地质超前预报设备 采用的是美国国家安全局研发的最新地震波反射追踪技术,一种全新的地质超前预报设备。,二十世纪六十年代，在美国先进技术发展计划基金支持下，美国国家安全局网罗了众多资深地球物理学家应用地震波勘测技术来研究地层应力消除现象及地层结构扫描成像，简称TRT技术。,2006年，为推广这一先进技术，美国C-Thru公司从国家安全局继承了相关资产，与中国铁道科学研究院联合推出了TRT6000超前地质预报系统。,1、工作原理,地震波反射,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
2、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。,Reflection of visual light Blocade of light (shadow) (similar to seismic reflector tracing) (similar to seismic tomography),Imaging features in any universe,Seismic waves in the ground,P-waves (dilatational particle motion),View along trajectory,Side v
3、iew,S-waves (lateral motion),SH,SV,S-wave surface relatives:,Raileigh waves & Love waves,or,Seismic impact sources: BlastSignificant inelastic deformationLower, no-control frequencyspectrum 3D radiation - mostly P-waves Faster signal decayTrigger repeatability problemRequired drillingDealing w. expl
4、osives,E,Time,Crushed rock,Fractured rock,Elastic strain; P-wave radiation,Charge,Inelastic energy loss,Seismic energy output,Trigger,Seismic impact sources: Hammer strikeLimited inelastic deformation;depends on rock strengthNo-control frequency spectrumDirectional P- and S-wavesModerate wave decayM
5、ore consistent triggerNo drilling and explosivesProblems in tight spaces,Crushed rock,Fractured rock,Elastic strain,P-waves,S-waves,S-waves,Swept frequeny sourceNear 0 inelastic deformation - energy loss at any groundVery high trigger repeatabilityControlled source spectrumDirectional P- and S-waves
6、 Operational in tight spotsApplicable at the rock surface and in drilled holesRequires additional signal processing to generate impact-like records,Elastic strain,P-waves,Source,S-waves,S-waves,Spectrum,Source,Reflection,Impact-like record,反射的地震信号被高灵敏地震信号传感器接收，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。通过分析，被用
7、来了解隧道工作面前方地质体的性质（软弱带、破碎带、断层、含水等），位置、形状、大小。,Total travel time for reflected waves (Tt = Ti + Tr) defines ellipsoid in three-dimensional space for each source-receiver pair,Travel time “Tr“ from,Reflector to receiver,Travel time “Ti“ from,source to reflector,反射阶段传播时间“Tr”,入射传播时间“Ti”,反射波总传播时间:,每对震源和传感器的
8、反射波总传播时间在三维空间定义了一个椭球,Reflector,反射物,传感器,震源,Source,Receiver,Ti,Tr,True reflector location requires a number of ellipsoids for different source-receiver pairs,Source,Reflector,Receiver,Receiver,反射物,传感器,传感器,震源,实际上反射物位置的确定需要很多震源-传感器定义的椭球,Tunnel ,2、主要部分组成, 主机 基站 无线模块 传感器 触发器,-无线数据采集的硬件系统-,TRT6000超前地质预报系统,
9、TRT6000超前地质预报系统,仪器运输箱,仪器运输箱，总重28kg,可由一人长距离搬运，尺寸：55cm*43Cm*22Cm，47cm*36cm*22cm.,TRT6000超前地质预报系统,-无线数据采集的硬件系统-,无线模块,主要部件运输箱,主机,基站,布置方式和数据采集,A2,A5 A10,A3 A8,A2 A7,A6 A11,A4 A9,A3,A4,A5,A6,A7,A8,A9,A10,A11,2.TRT6000的特点, 操作简单 成本低，实现“零”成本测试 设备可靠度高和适应性强 采集信息量大，形象的绘制三维立体图，对于多种不良地质体反应敏感。 可提供优质的售后服务。, 操作简单,现场
10、布置“简单” 测试过程“简单” 弥补失误“简单”,现场布置“简单”,用6毫米的钻头打3.5厘米深的孔。 在固定块上抹上膨胀性快干水泥，把固定块固定在隧道边墙和洞顶表面。 传感器通过螺丝安装在固定块上，从而实现传感器和岩体的紧密耦合。,Coupling accelerometers to softer ground surface (e.g. salt). Approach 2,Tools,Section,Mounted accelerometer,Tunnel plan view,Standard pattern of source and receiver locations for TRT
11、 seismic surveys in tunnels,A2,5,m,10 to 20m,5,m,5 m,2m,Source points,Accelerometers,A3,A4,A5,A6,A7,A8,A9,A10,A11,Tunnel cross-section,A5 A10,A3 A8,A2 A7,A6 A11,A4 A9,TBM tunnel,D&B tunnel,震源点,传感器,隧道横断面图,隧道平面图,TBM隧道应用TRT地震仪勘测时震源和传感器标准的位置,传感器,传感器,Trigger,Ch. 1,Ch-s 13-24,Seismograph,Seismograph,power
12、 supply,Power generator,or commercial AC,power,110V AC,Power,Ch-s (1)2-12,Signal lines,DC power,AC power,Power strip,Seismograph,Amplifier,Array of accelerometers,Hammer,Block-schematic for wired TRT surveys using hammer as source.,用铁锤作为震源TRT系统的单元结构图,Enable the Hammer Trigger 开启铁锤触发器,TRT6000 Wireles
13、s Seismic System is Easy to Use,Turn on the Remote Modules 无线模块上电,3. Strike the Hammer 锤击 ,Block-schematic for wireless TRT surveys using hammer as source.,Wireless seismic data acquisition User Interface,测试过程“简单”,震源只需要用8磅的锤锤击表面的岩体或固结的混凝土。 准备时间短,对施工扰动小采集时间仅需10分钟。,Using hammer as impact source,用锤击作为振
14、源,弥补失误“简单”,由人控制锤击产生地震波、对周围岩体没有产生挤压、破坏现象 ，对于接收不好的测试信号，可简单重复测试，操作简单。,And the data is collected,采集到的地震波数据,Comparison of seismic data from wired (red), and wireless (blue) TRT survey in real tunnel.,0 TIME, ms 65,Source S2A2A3A4A5A6A7A8A9,Source S5A2A3A4A5A6A7A8A9,0 TIME, ms 65,Comparison of seismic rec
15、ord for the same gain recorded by wired seismograph (top) and wireless system (bottom),相同增益下地震波记录比较：有线（上）和无线（下）TRT6000系统,实现“零”成本测试,TRT6000超前预报使用锤击作为的震源，可重复利用，不需要耗材,设备可靠度高和适应性强,这种方法非常适合于煤矿、TBM掘进工程等施工场地狭小、严禁明火的现场。例如：含瓦斯地层、煤矿、倾斜度大的斜井、软弱的危险地层,接收频率范围为0.7-3900Hz，能够在软岩、硬岩、黄土、松散堆积物等多种地质环境里进行的超前地质预报.安全性非常高、震
16、源可重复利用、通过多次锤击，获得叠加信号，使异常体反射更加明显,Remote wireless modules connected to accelerometers,信息处理,采集信息量大，形象的绘制三维立体图，对于多种不良地质体反应敏感。,震源和传感器采用矩阵排列，获得真实的三维立体图，直观再现异常体的形态、大小。断层破碎带不良地质体接触界限含水构造大管径的管状岩溶构造,Data processing flow,1.下载地震波数据和震源、传感器位置的坐标,2. 设定地层成像区域和最佳精度(节点数目)的大小,3. 设定虑波器，选取每个记录的直达波，并计算地震波的平均波速,4. 为所选区块构建
17、地震波速度模型,5. 为数据处理设定过滤参数,6. 重复步骤 3,4,5 处理数据，直到处理结果达到平衡，噪音干扰衰减到足够小。,7. 设定背景（比例、颜色代码）来显示结果,8. 审查和分析在岩层中探测到的异常的平面（二维）和立体（三维）绘图,数据处理流程,Seismic data from wired TRT survey,0 TIME, ms 60,Source S5A2A3A4A5A6A7A8A9A10A11,Source S9A2A3A4A5A6A7A8A9A10A11,Signal average amplitude 0.22Vpp,Signal average amplitude
18、0.16Vpp,Sr,0 TIME, ms 60,信号平均振幅为0.16Vpp,信号平均振幅为0.22Vpp,Using linear regression to measure average seismic wave velocity,Vp = 5,850 m/s,Vsr = 3,000 m/s,Vs = 3,300 m/s,Vsr - velocity of surface wavesVs velocity of S waves (assessed)Vp velocity of P waves,表面波波速,S 波波速,用线性递归方法测量平均地震波的波速,P 波波速,距离,时间,Seism
19、ic velocity model,隧道中声波的传输速度=350m/s,隧道,平均速度3300m/s,地震波波速模型,隧道面,震源,传感器,修正地震波的衰减,240-840Hz 滤波器，消除噪音信号干扰,Correction for attenuation of seismic waves,修正地震波的衰减,Subdue direct waves,抑制直达波,Filters for data processing,数据滤波处理,0 TIME, ms 120,Source A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9 A10 A11,Source A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9
20、 A10 A11,Raw seismic waveforms(top), and waveforms filtered for data processing(bottom).,原始的地震波形（上）和过滤后的波形（下）,1.铁路 2.公路 3.矿山 4.水利水电 5.煤炭,2006年引入我国以来，在多个领域获得了广泛应用,断层破碎带,谷家台32线断层图,断层走向,从俯视图上看，红线标示处两侧有明显的错断现象，可初步判译红色线为断层走向线。,从立体图上看，红色线标示的面左侧异常断开，可初步判断为断裂面,破碎带,2006年10月21日在武广客运专线湖北赤壁行将山隧道检测结果：,2008年04月24
21、日山东蓬莱中铁四局龙烟隧道,25-47米处存在一个斜向相交的破碎带,吐库二线中天山隧道变质砂岩与英安岩的不整合接触面,从俯视图上看，红线位置节里裂隙发育，经开挖结果验证，此处为变质砂岩与英安岩的不整合接触面,侧视图（280米）,立体图,瑞士公路隧道2002,挖掘至此处，发现较大的水量涌出,General alignment of possible system of voids,Planned tunnel alignment,Elevation, m,706050403020100-10-20-30-40-50-60,780770760750,计划的隧道纵向图,瑞士公路隧道2002,含水构造
22、,，经检测，隧道上方发现红圈处存在大范围软体异常，可能为隐伏水构造,渗水点,加利福尼亚好莱坞的疏通隧道-2000,此处纯在一明显软弱带，可能为溶洞或含水构造。,京沪高铁张夏隧道出口的破碎带及溶洞图，,破碎带,溶洞,该隧道以石灰岩为主，掌子面前方160米处存在一软弱体，经开挖后验证此处为溶洞。,优质的售后服务,本公司将竭诚为所有TRT6000用户提供最优质的售后服务： 为用户提供终身软件升级服务。 质保期13个月。 仪器出现短期无法修复的故障时，本公司将无偿提供替补设备一套。,优质的售后服务, 本公司将无偿提供设备使用和维护的培训。 本公司将定期对用户进行培训，以提高其超前预报的解译分析水平。
23、公司每年将举行高水平的TRT6000用户年会，实现各个用户间资源共享、信息共享、共同提高。,建 议,正确认识当前的超前地质预报的作用和其局限性，充分发挥TRT6000超前地质预报手段的功效，与别的手段相互配合、取长补短是提高预报精度的重要因素。TRT6000作为一个全新的超前地质预报设备，可以为地质超前预报提供可靠的软件、硬件，可以胜任复杂条件下的超前地质预报工作。,建 议,全面提升从业人员的地质知识，选取最佳的超前地质预报手段，使仪器设备与使用人员有机结合，提高超前地质预报准确率。,建 议, 由于现场地质情况十分复杂，超前地质预报尚存在很多的理论和应用中的空白有待突破和填补。这也是提高超前地质预报水平的关键。,谢谢大家请大家多提宝贵意见,
