隧道施工地質地震波法超前探測技術研究

李思遠

【摘 要】隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展和生活水平的提高，我國隧道的里程也進入了快速發(fā)展和增長的階段，在此背景的作用下，隧道內的施工環(huán)境的安全也變得越來也重要。而地質地震波法作為一種超前的主要探測技術，已經(jīng)逐步實現(xiàn)應用在了實際的隧道運行中，并取得了諸多成功應用的案例，但是在實際的操作中，根據(jù)不同的探測方法，也會出現(xiàn)不同的問題。本文主要以對超前探測中應用最為廣泛的地震波探測技術作為主要論點，對這項技術加以闡明。指出在隧道超前探測中所存在的地震波的類型，并對這些類型加以分析。進一步提出更完善的地震波超前探測方法。

【關鍵詞】隧道施工地質。地質波法，超前探測技術

一、隧道施工地質

1.1隧道地質的概論

隧道指的是修建于巖土下的地下工程，隧道工程的設計和施工是以工程巖體和誰水文地質條件為主要依據(jù)的。同時也需要對相關的地質條件進行科學的設計和合理的規(guī)劃。施工人員必須清楚額掌握和認識該區(qū)的地質條件，確保施工方案與工程場區(qū)的巖土地質條件相互匹配。這也是隧道施工成敗的關鍵部分。

1.2地質結構對施工的影響

在通常情況下，由于修建隧道的位置不同，其所屬的地理位置和地質環(huán)境也產(chǎn)生了一定的區(qū)別，我們可以將影響隧道施工的因素規(guī)劃為三個方面：不良地質、地下水好圍巖級別。圍巖的變形和破壞都有可能造成大量的巖體滑坡、崩塌等。而地下水存在的問題主要是漏水，這一系列災害發(fā)生的原因是因為由于隧道的開采和開鑿，避免不了的會對原地區(qū)的水文提哦案件造成一定量的影響，而地下水一旦出現(xiàn)問題，還有可能會卷來大量的泥沙。除此之外包括歐隧道的凍融災害、高溫災害、有害氣體泄露以及地震災害。其中，雖然隧道結構在抗地震方面是做到最好的，但也不表示我們可以對地震災害放松松懈。

1.3隧道地質災害的防治

在隧道進行施工，普遍存在著地質災害的威脅。這既是隧道施工的一大敵人，也是影響隧道施工的主要原因因此，探討和深入了解隧道地質災害發(fā)生的可能性，研究其監(jiān)測系統(tǒng)及防治對策，在開發(fā)和隧道的建設中也具有重要意義。在隧道的施工中，由于地質作用和人類的活動經(jīng)常引發(fā)災害，是隧道建設的重要問題，但是地質災害作為其中的一種也有著固定的形成條件，其發(fā)生也有一定的規(guī)律可循，只要對這些規(guī)律和發(fā)生時間進行預知并及時進行補救措施就可以很好的避免問題。但是目前我們對這些問題的認識還不夠全面，規(guī)律也沒有完全掌握。特別是對地質災害的預報還沒有取得突破性的成就。

二、地震波法

2.1地震波法的研究背景

隨著我國公路，水路以及其他工程的飛速發(fā)展，施工隧道也大量出現(xiàn)，截至1999年，我國僅隧道就已經(jīng)達到6876個，總廠超過3670km，長度位居世界第一。我國的隧道以及地下工程在全球各個國家之中可謂是數(shù)量最多，情況最復雜且未來發(fā)展速度最快的國家。但正是因為發(fā)展速度快，我國的隧道以及地下施工也產(chǎn)生一系列的問題。由于受到經(jīng)濟條件水平好技術方面的影響和制約，在對地質進行勘測時，要想做到準確預報可能存在的不良地質還是十分困難。所以，利用一定的技術和手段，搜集隧道所在的巖體的相關資料，并對這些資料加以研究以此來確保施工的安全和施工的質量，是非常有必要的。

2.2研究的目的以及主要內容

提高隧道地震超前探測的準確性以及對不良地質體預測的可靠性，就必須建立在認識和了解各種不良地質的物理性質和彈性形制的基礎上。以巖體的彈性作為基礎，利用網(wǎng)格有限差分數(shù)值模擬的方法，對隧道中的異常彈性波波場的分步進行數(shù)值分析和模擬，實現(xiàn)探測不良地質以及地震發(fā)生概率的目的，并對隧道模型內模擬結果以及地震記錄的信息加以分析，保證施工的安全。由于地質超前探測的工作實在隧道中進行的，其數(shù)據(jù)的采集以及后期對數(shù)據(jù)的處理都有一定的特殊性。

2.3地震波法的探測原理

地震波法的原理并不困難，最基本的方法就是使用高強度爆炸的TNT炸藥在地面激起人工地震波，地震波沿著與地面垂直的方向進行傳播，地震波在觸碰到之地相對緊密的巖層之后會有一部分波反射回地面。而施工人員和研究人員事先在地面安裝起許多呈現(xiàn)點陣的波測器，這些波測器能夠把地面微弱的震動轉變?yōu)殡娮有盘?，通過連接線傳輸?shù)浇邮掌鲀?，接收器在對這些不同位置的電信號進行記錄。而為了確保其測試的精確度，還需要對時間度量轉換為距離度量。而且實際情況遠比上述的簡單原理復雜，首先，爆炸的一瞬間產(chǎn)生的波不僅是縱向傳播的，很有可能產(chǎn)生強烈的聲波對實驗結果進行干擾，而這樣也導致出現(xiàn)的結構模糊不清，人們必須去掉這些害波和無用的波，不過這些波是可以根據(jù)規(guī)律被過濾掉的。所以換句話所，地震波法探測的任務就是把有用的波收集起來，將沒有用的波去掉。以此得出一個準確的數(shù)據(jù)。因為在實際的操作中很容易出現(xiàn)問題，這也要求勘測人員要有過硬的專業(yè)技術和職業(yè)素養(yǎng)。

三、超前探測技術

3.1地震波超前地質預報的原理

通過設備設置的震源反射波的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（傳感器和記錄儀），將這遞増數(shù)據(jù)經(jīng)微機處理后儲存起來，然后將數(shù)據(jù)輸入帶有特制軟件的電腦，經(jīng)過電腦進行復雜數(shù)學計算后 最后形成反射波（縱波）波形圖、反映相關界面或地質體反射能量的影像圖和隧道平面、剖面圖供工程技術人員解譯。

3.2地震波超前地質預報的作用

預報掌子面前方的斷層破碎帶、軟巖、巖溶陷落柱等不良地質體的性質、位置和規(guī)劃，以及對涌水量大于5m3/h以上的富水地質體和老密、老崆等采空區(qū)的存在、位置和規(guī)模的預報。對煤系地層的邊界和其中的煤層、富水砂巖;粗略地預報圍巖級別進行的定性地預報發(fā)生塌方、突泥突水等施工地質災害的危險性。

3.3超前地質預報的地震法

地震法是當前隧道中長期超前預報的主流方法。它包括：HSP、TSP、TGP、TRT、TST、負視速度等各種方法。其工作原理是利用在隧道圍巖以排列方式激發(fā)彈性波，彈性波在向三維空間傳播的過程中，遇到聲阻抗界面，即地質巖性變化的界面、構造破碎帶、巖溶和巖溶發(fā)育帶等，會產(chǎn)生彈性波的反射現(xiàn)象，這種反射波被布置在隧道圍巖內的檢波裝置接收下來，輸入到儀器中進行信號的放大、數(shù)字采集和處理，實現(xiàn) 拾取掌子面前方巖體中的反射波信息，達到預報的目的。

其中TSP、TGP、TRT應用的是反射理論，尚需在小孔徑偏移成像病態(tài)問題方面進行努力。該方法充分認識三維波場的復雜性，能進行方向濾波，僅保留掌子面前方的回波，避免現(xiàn)行超前預報方法中虛報、誤報率高的技術缺陷。能準確確定掌子面前方圍巖波速分布，為巖體工程類別判定提供依據(jù)，同時避免現(xiàn)行方法預報位置不準確的缺陷。

結束語：

我國隧道發(fā)展的歷史和所取得的成績和技術上的成就可謂是蒸蒸日上，但是地下資源的開發(fā)是一種需要可持續(xù)性發(fā)展的技術。隨著我國綜合實力的不斷增強和經(jīng)濟水平 不斷提高，在隧道以及地下工程的建設的成就也在不斷的發(fā)展。這也就要求我國在地震波超前探測的領域需呀不斷的完善和加強。而由于地震波法所得到的數(shù)據(jù)量十分龐大，這也對計算機的使用提出了要求?？梢哉f，如果沒有技術上的支持和地震超前探測的持續(xù)發(fā)展。我國的隧道以及地下施工就很難進行進一步的發(fā)展。

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