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1、TST 隧道地质超前预报系统近几年，隧道建设飞速发展，但由于隧道深埋于地下，工程地质条件和水文地质条件复杂多变，而目前地质勘察工作又受技术和水平所限，期望在施工前查明隧道围岩的状态、特性，特别是要准确地预测隧道施工中可能发生的地质灾害的位置、规模和性质是十分困难的，而由于地质灾害体的存在，仅依靠施工揭露再行处理的办法，带有很大的盲目性，常常发生各种突发事故，造成投资增加、人员和施工设备伤害、工期延误等诸多问题，因此，在隧道施工过程中，对掌子面前方的地质条件和可能的地质灾害进行超前地质预报，识 别 和 预 测 隧 道 掌 子 面 前 方 及 周 围 的 工 程 地 质 、 水 文 地 质 结 构
2、 ， 提 供 准 确 的 断 裂 带 、 含水 带 及 岩 体 工 程 类 别 等 地 质 参 数 ， 能 有 效 地 避 免 工 程 地 质 病 害 、 减 少 处 治 费 用 、 确 保 施工 安 全 和 进 度 ， 节 约 成 本 。目前隧道地质超前预报有多种方法，采用科学的、先进的隧道地质预报方法来准确地预报隧道开挖工作面前方岩体及其状态，一直是国内外隧道和地质工作的重要研究课题。目前隧道地质超前预报方法目前国内外应用的隧道地质超前预报方法有陆地声纳、负视速度法、HSP 水平剖面方法、TSP203、TGP206、TRT、TST 等，都属于地震法超前预报技术，以地震反射或散射理论为基础，
3、通过隧道内的地震观测反演掌子面前方的地质情况。（1）TST 隧道地质超前预报法TST（即 Tunnel Seismic Tomography 的 英 文 缩 写 ） 是 利 用 地 震 散 射 原 理 和 偏 移 成像 技 术 开 发 的 用 于 隧 道 地 质 超 前 预 报 的 新 方 法 。建立在地震散射理论基础上，检波器布置在隧道两侧，接收来自四面八方的散射波，利用方向滤波和三维滤波技术，滤除其它杂波，只保留掌子面前方回波，利用速度扫描和偏移成像直观显示缺陷构造。特点：TST 技术采用空间阵列观测方式，使用独有的二维方向滤波技术滤除上下、左右地层的反射，有效地提取出前方地震回波用于超前
4、预报，避免了虚报误报。采用速度扫描技术有效地解决了掌子面前方围岩速度的分布问题，提高了构造定位的精度；能成功解决复杂地质条件下的地质超前预报问题。避免了目前一些超前预报技术存在的不能区分不同方向回波、不能准确确定掌子面前方围岩波速而导致虚报误报的技术缺陷。可应用于钻爆与盾构/TBM 掘进的铁路、公路、水利水电、矿山及城建中的隧道与地下工程。预报地质构造、含水带、岩溶、含瓦斯构造、采空区及岩爆地段。预报距离为 100 米到 200 米。 （2）负视速度法该方法的观测是垂直剖面法，在隧道侧壁打孔布置检波器和炮点，检波器和炮点在一条平行隧道轴线的直线上，利用直达波估计岩体波速，利用反射波走时曲线与直
5、达波走时曲线的交点推测前方反射界面的位置。仅适合简单的地质条件、规模较大的地质体的预报，对于构造复杂地质条件难于应用。该方法不能确定掌子面前方围岩的波速，不能区分回波的不同方向，也不能运用波的动力学信息，属于初级预报技术。(3)HSP 水平剖面方法水平地震剖面法（HSP）的激发点和接收点布置在隧道两侧。在隧道的一个侧壁上规则设置检波点，另一侧壁上规则布置炮点，根据接收到的反射信号，确定前方不良地质体的位置。资料处理时先对记录进行抽道，按等时程原则进行重排，然后利用重排后记录的线性同相轴，确定反射界面的位置。该方法有一定的直观性，能确定主要反射界面。水平剖面法观测系统的横向展布较大，可进行速度分
6、析，但是等时程资料处理方法本身不能分析速度，无法精确地确度定断层的位置。在西南铁路系统中有一定应用，在台湾和日本也有一些应用实例。该方法难于区分回波的不同路径，不能滤除干扰波，难于确定围岩波速，也不能运用波的动力学信息。(4)TSP（Tunnel Seismic Prediction）超前预报方法由瑞士 Amberg 测量技术公司上世纪 90 年代初开发的用于隧道超前预报的技术。该方法 90 年代末引入中国，有 TSP202、TSP203 等型号，铁路系统引进数量较大，我国成为 TSP 的最大用户。TSP 的观测是垂直剖面法，一个三分量检波器埋入隧道侧壁岩体中 1-1.5m，炮点与检波器同侧，
7、观测方式与负视速度法基本相同。该技术采用深度偏移成像方法，软件名称为 TSPWIN，有 11 个自动处理步骤。应用案例NJ 引水隧道利用 TBM 和钻爆法进行隧道开挖，采用 TST 隧道地质超前预报技术对TBM 施工前方 100m 的地质情况进行探测。下图上部为偏移图像，图中红色条纹表示岩层坚硬，蓝色条纹表示岩层变软；蓝红条纹交替出现，为破碎带或断裂构造。下图中部为围岩波速图像，高速波区对应岩层结构完整，低速波区为构造发育。下图下部为地质解释。 （图册）煤矿灾害探测系统煤 矿 生 产 时 一 个 危 险 行 业 ， 它 属 于 隐 蔽 工 程 ， 处 于 地 下 深 部 ， 煤 矿 开 采 巷
8、 道 地 质 环境 复 杂 ， 严 重 受 到 水 （ 透 水 事 故 ） 、 火 、 煤 尘 、 瓦 斯 、 顶 板 等 五 大 自 然 灾 害 的 威 胁 。 一旦 发 生 事 故 ， 往 往 造 成 群 死 群 伤 的 后 果 ， 经 济 损 失 无 法 弥 补 。 由 此 可 见 ， 煤 矿 安 全 的 重要 性 ， 必 须 引 起 各 方 面 的 警 觉 ， 尤 其 是 熟 悉 煤 矿 地 质 环 境 ， 避 免 突 发 性 事 故 发 生 。我 国 煤 矿 水 文 地 质 条 件 较 为 复 杂 ， 煤 矿 突 水 、 透 水 事 故 成 为 煤 矿 安 全 生 产 的 主 要 威
9、胁 之 一 。 瓦 斯 爆 炸 是 另 一 个 危 害 煤 矿 生 产 安 全 的 问 题 。 在 煤 矿 开 采 过 程 中 ， 需 要 先 探明 煤 矿 井 下 掌 子 面 前 方 存 在 的 含 水 带 、 瓦 斯 蕴 藏 区 和 断 层 等 地 质 灾 害 。 可 增 强 煤 矿开 采 的 计 划 性 和 对 事 故 隐 患 的 预 见 性 ， 可 以 大 幅 度 减 少 煤 矿 挖 掘 中 的 意 外 险 情 。煤矿灾害探测系统TST 煤矿探测技术同度 TST 煤矿灾害地质超前预报系统为本安型防爆设计，已取得中国防爆证和德国防爆证 。用于探测煤矿断层、破碎带、岩溶陷落柱、采空区等地质
10、对象，预报瓦斯与地下水突出部位 。预报方位为巷道前方，巷道侧向，巷道间。对避免灾害事故的发生具有指导作用。特 点 ：建 立 在 逆 散 射 成 像 原 理 基 础 上 的 超 前 预 报 技 术 ， 与 传 统 的 反 射 地 震 技 术 相 比 具 有 更高 的 分 辨 率 。 同 时 运 用 了 地 震 波 的 运 动 学 和 动 力 学 信 息 ， 不 但 可 精 确 确 定 地 质 构 造 的 位置 ， 同 时 还 可 以 获 得 围 岩 力 学 性 状 的 空 间 变 化 ； 结 合 地 质 信 息 可 以 找 到 含 水 带 和 瓦斯 蕴 藏 区 。 国 内 外 唯 一 实 现 围
11、 岩 波 速 精 确 分 析 的 超 前 预 报 技 术 。 保 证 了 地 质 构 造 定 位 的精 确 性 ；采 用 独 特 的 观 测 方 式 ， 保 证 观 测 数 据 同 时 满 足 围 岩 波 速 分 析 、 三 维 波 场 分 离 和 方 向滤 波 的 需 要 。 仪 器 通 过 中 国 煤 矿 防 爆 检 测 安 全 证 明 和 欧 洲 煤 矿 安 全 检 测 证 明 。应用案例（图册）桥梁 CT实践证明，混凝土结构的任何损伤与破坏，一般都是首先在混凝土中出现裂缝，裂缝是反映混凝土结构病害的晴雨表。所以，对混凝土结构的损伤检测，首先应从对结构的裂缝调查、检测基分析入手。混凝土出
12、现裂缝的原因很多。温度变化所致。当混凝土内外环境温度发生变化时，其本身热胀冷缩的特性会导致一定量的变形发生，但如果该变形受到限制，则会在结构内部出现相应的应力，而该应力一旦超出本身的抗压强度则会导致裂缝的出现。混凝土收缩所致。浇筑后的混凝土将会自外表向内部出现一个逐步干燥的过程，该干燥过程会在混凝土内部产生一定的含水量并呈现桥梁混凝土内部收缩小、表面收缩大的不均匀的收缩状况，即在混凝土表面承受拉应力而在内部则承受压应力，当混凝土表面所承受的拉力超过其抗拉强度则会导致混凝土表面出现收缩裂缝。钢筋锈蚀裂缝。施工后的混凝土质量不高或保护层厚度不足则易出现钢筋被二氧化碳等腐蚀现象，该腐蚀现象在很大程度
13、上降低了混凝土的碱度，致使钢筋表层被混凝土内的水及氧气腐蚀而在其周围出现一定压力，严重后则会导致保护层剥落甚至开裂，并会沿着钢筋走向出现裂缝，同时钢筋锈蚀所产生的铁锈渗透入混凝土会在一定程度上减少构件的有效界面积 而在一定程度上降低了钢筋和混凝土之间的握裹力，因此在降低构件承载力的同时也会导致构件出现裂缝。 材料因素。桥梁混凝土施工所用的材料主要为骨料、水泥和水以及各种掺加剂 若所采用的某种材料质量不合格均可导致最终拌和物质量不合格，而在其投入运营后在环境和外部荷载的影响下均会导致裂缝的生成，诸如拌和物内细骨料超标则会导致在混凝土干燥时出现网状裂缝，而级配不合理则会增加侧向裂缝的生成几率，施工
14、用水或外加剂内杂质含量过高则会出现一定的钢筋腐蚀现象最终导致裂缝的生成。混凝土桥梁中的混凝土强度关系到桥梁的牢固性，混凝土表面出现裂缝，需要探测查明混凝土内部结构，包括混凝土强度和密实度分布、结构缺陷。对损伤的原因和程度应该进行分析，损伤对结构承载能力及耐久性的影响进行评估。混凝土强度检测方法桥梁 CT原理 混凝土的声波速度可以作为评价混凝土抗压强度与密实度的定量指标。混凝土的波速与混凝土抗压强度有正相关关系，已被大量理论研究和测试对比数据证明了。BCT基于此原理，可用在建桥梁的质量控制和运行桥梁的病害诊断，检测的分辨率可达分米级，可确定低强度的部位范围、程度，为病害整治和施工质量控制、工艺改
15、进提供依据。下图为典型的 BCT 结果：图中红色为波速大于 4.5km/s 的高波速区，表示强度高（大于 C55）、密实性好；黄色区为波速 4.0km/s4.5km/s 的中高波速区，表示强度较高（C50C55），较密实；蓝色区为波速 3.0km/s-4.0km/s 的中低波速区，表示强度较低（C40C50）,密实性较差；深蓝色区为波速小于 3.0km/s 的低波速区，表示强度低（小于 C40）、不密实，质量有问题。观测方式(图册)1. 将三维结构分解为二维结构 将箱梁和 T 梁分解成顶板、底板、腹板2. 将二维结构划分成有限单元体组合3. 用有限单元体的速度表示二维结构速度分布4. 将二维结
16、果拼合成三维结构图像特点混凝土/土石结构 CT 具有图像直观、分辨率高、可靠性好的特点，其结果可直接用于桥梁质量评价、有限元计算和承载力检算。案例 东营钻井平台陆海桥盖梁遭到船舶碰撞，导致外部出现裂缝，需检测内部强度，先采用 BCT 法进行检测。（图册）BWG 孔道压浆质量检测仪加 强 对 桥 梁 施 工 质 量 的 过 程 控 制 ， 消 除 施 工 过 程 中 的 质 量 缺 陷 预 应 力 管 道 又 称 波 纹 管 ， 其 压 浆 密 实 性 好 坏 对 桥 梁 的 耐 久 性 具 有 重 要 影 响 ， 据 统计 ， 由 于 压 浆 不 密 实 导 致 预 应 力 管 道 内 钢 绞 线 锈 蚀 ， 预 应 力 提 前 丧 失 ， 可 造 成 桥 梁 实 际寿 命 缩 短 至 设 计 寿 命 的 十 分 之 一 。 目 前 在 美 国 ， 公 路 桥 梁 大 约 有 57 万 座 ， 其 中 约 13万 座 有 缺 陷 。 平 均 开 始 出 现 问 题 的 年 限 是 25 年 。 在 我 国 截 止 到 2
