Integrated Seismic Imaging System for Geological Prediction During Tunnel Construction

Based on many years experience, the well proven Swiss Tunnel Seismic Prediction System TSP has been substantially augmented for online geological prognosis in underground construction. In its latest version, the Integrated Seismic Imaging System ISIS provides high resolution seismic images of the rock mass around a tunnel face via an array of standard anchor rods. These rods contain 3D-geophones at their tips and can be readily installed during excavation work. A further innovative component of the system is the newly developed high-power repetitive source for application in hard rock: a pneumatic hammer with laser triggering to be mounted on construction machinery. A user-friendly software package permits online data acquisition and processing, 3D-visualization, and a first geological interpretation. Tomographic images of compressional and shear wave velocity fields at fault zones in metamorphic rock of the Gotthard Base Tunnel in the Central Alps are presented. Das langjährig bewährte Schweizer Tunnelseismische Vorauserkundungssystem TSP wurde inzwischen wesentlich weiterentwickelt. In seiner neuen Version, dem Integrierten Seismischen Imaging System ISIS, ermöglicht es hochauflösende seismische Abbildungen des Gebirges im Vorfeld und Umfeld einer Tunnelauffahrung mit Hilfe einer Anordnung von Felsankern, die an ihren Spitzen 3-Komponenten-Geophone enthalten. Eine weitere Neuerung von ISIS ist die pneumatische Hochleistungs-Impulsquelle mit Laser-Triggering. Eine benutzerfreundliche, interaktive Software ermöglicht die online Datenerfassung und -auswertung, 3D-Visualisierung und eine erste geologische Interpretation. Tomografische Abbildungen von Kompressions- und Scherwellengeschwindigkeitsfeldern an Störungszonen in metamorphem Gestein des Gotthard-Basistunnels werden gezeigt. Basé sur de nombreuses années d’expérience, le système suisse, bien établit, de reconnaissance sismique à l’avancement des tunnels (système TSP), a été sensiblement amélioré pour obtenir une prévision géologique en temps réel durant l’avancement de travaux souterrains. Sa dernière version, le Système Intégré d’Imagerie Sismique (ISIS), fournit des images sismiques haute-résolution du massif rocheux à l’avant d’un tunnel grâce à un réseau de tiges d’ancrage standard. Ces tiges, équipées à leur extrémité de géophones 3 composantes, s’installent très aisément durant les travaux d’excavation habituels. Le élément d’innovation récente concern le nouvelle source très répétitive et de forte puissance pour les applications aux roches dures: un marteau pneumatique déclenché par un système à laser. Un ensemble de programmes informatiques convivial permet l’acquisition et le traitement en temps réel des signaux et produit une vue 3D ainsi qu’une première interprétation géologique. Nous présenterons des images de réflexion d’ondes de compression et de cisaillement ainsi que des inversions tomographiques de zones de faille dans des terrains métamorphiques obtenues à l’occasion du creusement du tunnel de base du Gothard, dans les alpes centrales.