本文關(guān)鍵詞： 不良地質(zhì) 三維地震波超前探測(cè) 空間觀測(cè)方式 偏移成像 響應(yīng)與成像特征 約束反演與聯(lián)合解釋 工程驗(yàn)證與應(yīng)用　出處：《山東大學(xué)》2016年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：隧道工程建設(shè)的蓬勃發(fā)展,在帶來(lái)眾多機(jī)遇的同時(shí),也給施工帶來(lái)了諸多挑戰(zhàn)。隧道施工中經(jīng)常會(huì)遇到多種復(fù)雜的地質(zhì)條件和不良地質(zhì),極易誘發(fā)突水突泥、塌方、TBM(Tunnel Boring Machine)卡機(jī)等嚴(yán)重災(zāi)害和事故,常常會(huì)導(dǎo)致施工工期延誤、TBM損毀、嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失乃至重大人員傷亡。因此,提前探明工作面前方存在的斷層破碎帶、含水溶洞等不良地質(zhì),對(duì)于保證隧道工程建設(shè)安全和災(zāi)害預(yù)防與控制極為重要。地震波超前探測(cè)方法以其較遠(yuǎn)的探測(cè)距離與較好的界面識(shí)別效果,成為隧道超前探測(cè)中最常用的地球物理方法,但由于隧道環(huán)境十分復(fù)雜,現(xiàn)有隧道地震波超前探測(cè)方法仍存在許多問(wèn)題：①對(duì)隧道環(huán)境下地震波傳播特性的認(rèn)識(shí)不夠清楚,缺少針對(duì)典型不良地質(zhì)三維地震波場(chǎng)響應(yīng)特征的系統(tǒng)研究；②現(xiàn)有地震波超前探測(cè)方法多采用直線類觀測(cè)方式,無(wú)法準(zhǔn)確獲得前方巖體地震波波速分布,導(dǎo)致前方不良地質(zhì)體的定位效果和識(shí)別效果難以保證；③三維空間類觀測(cè)方式有利于獲得更加準(zhǔn)確的波速估計(jì),但是隧道環(huán)境下空間類觀測(cè)方式的布置形式研究不夠深入,尚缺乏適用于三維空間類觀測(cè)方式的合理的數(shù)據(jù)處理與成像方法。針對(duì)上述問(wèn)題,本文以三維空間觀測(cè)模式、有效的成像方法、三維地震波場(chǎng)響應(yīng)特征等為切入點(diǎn)開(kāi)展了系統(tǒng)的研究,研究并提出了隧道環(huán)境下地震波超前探測(cè)的三維空間觀測(cè)方式及其數(shù)據(jù)處理與成像方法,通過(guò)系統(tǒng)的正演模擬與成像試驗(yàn),揭示了典型不良地質(zhì)體的地震波探測(cè)響應(yīng)規(guī)律與成像特征。同時(shí)針對(duì)單一超前探測(cè)方法多解性的問(wèn)題,提出了基于三維地震先驗(yàn)約束信息的隧道不良地質(zhì)綜合超前探測(cè)方法。最終形成了基于三維空間觀測(cè)方式的隧道地震波超前探測(cè)的成套方法及綜合預(yù)報(bào)與聯(lián)合解釋方法,在三維波場(chǎng)分離、三維速度分析及成像、多解性壓制等方面有顯著改進(jìn),并將其技術(shù)成果在現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)工作中進(jìn)行了應(yīng)用并取得了成功。本文的主要研究工作及成果如下：(1)針對(duì)常用的直線類觀測(cè)方式無(wú)法獲得前方圍巖較準(zhǔn)確地震波波速的問(wèn)題,提出了一種具有三向偏移距的隧道地震波超前探測(cè)三維空間觀測(cè)方式。同時(shí)考慮波場(chǎng)分離的要求,設(shè)計(jì)了三維地震空間觀測(cè)方式的道間距、偏移距、最大炮檢距等參數(shù)。該觀測(cè)方式具有隧道軸向、垂向以及水平三個(gè)方向上的偏移距。通過(guò)理論分析和數(shù)值正演發(fā)現(xiàn),該觀測(cè)方式最大限度的利用了隧道空腔有限的觀測(cè)空間,有利于獲得可靠的速度分布結(jié)果,提高異常體的定位精度,在一定程度上改善了與隧道軸向小角度相交異常體探測(cè)效果。(2)針對(duì)具有三向偏移距的三維空間新型觀測(cè)模式,研究并提出了隧道三維地震波超前探測(cè)的數(shù)據(jù)處理與成像方法,開(kāi)發(fā)了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的成像處理程序。針對(duì)地震記錄的時(shí)變頻率分布特性,采用時(shí)變?yōu)V波的方法有效的濾除雜波,提高探測(cè)的分辨率。針對(duì)部分干擾波與有效波頻譜成分接近,采用F-K與τ-p聯(lián)合濾波的方法,實(shí)現(xiàn)了隧道復(fù)雜波場(chǎng)反射波提取與干擾波的濾除。采用了基于繞射疊加的速度掃描分析方法實(shí)現(xiàn)了具有三向偏移距的三維空間新型觀測(cè)模式下隧道地震波超前探測(cè)三維速度分析,在此基礎(chǔ)上,基于惠更斯原理利用幾何地震學(xué)原理及波運(yùn)動(dòng)學(xué)特性實(shí)現(xiàn)了基于等旅行時(shí)的隧道地震波偏移成像方法。(3)通過(guò)系統(tǒng)的正演模擬與成像試驗(yàn),揭示了巖性分界面、斷層、溶洞等典型不良地質(zhì)的三維地震波場(chǎng)響應(yīng)規(guī)律與成像特征。研究了不同角度巖性分界面、不同厚度斷層以及不同直徑溶洞的三維地震波場(chǎng)傳播及響應(yīng)特征,并采用本文提出的隧道三維地震波超前探測(cè)成像方法與程序進(jìn)行處理,得到典型不良地質(zhì)體的成像特征,從而為隧道三維地震波探測(cè)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)處理以及解釋提供理論基礎(chǔ)。(4)針對(duì)傳統(tǒng)綜合超前預(yù)報(bào)中每種方法本身多解性和可靠性未有改善的問(wèn)題,以約束反演和聯(lián)合解釋為核心,提出了基于三維地震先驗(yàn)約束信息的隧道不良地質(zhì)綜合超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方法。將地震波探測(cè)方法獲得的巖體構(gòu)造邊界和形態(tài)作為空間結(jié)構(gòu)約束,并將其施加到三維電阻率反演中,在結(jié)合不等式約束的基礎(chǔ)上,提出了基于不等式與結(jié)構(gòu)約束的三維電阻率約束反演方法。同時(shí)從彈性差異、導(dǎo)電性差異、介電差異等方面總結(jié)了不同探測(cè)方法對(duì)不良地質(zhì)構(gòu)造的響應(yīng)特征,進(jìn)而提出了含水體的聯(lián)合解釋準(zhǔn)則。在約束反演和聯(lián)合解釋的基礎(chǔ)上,建立了基于三維地震先驗(yàn)約束信息的隧道不良地質(zhì)綜合預(yù)報(bào)探測(cè)方法和體系。在上述研究基礎(chǔ)上,最終形成了基于三維空間觀測(cè)方式的隧道地震波超前探測(cè)的成套方法及綜合預(yù)報(bào)與聯(lián)合解釋方法。研究成果應(yīng)用于吉林引松供水工程TBM2標(biāo)段和TBM3標(biāo)段、遼寧某TBM隧道、烏東德水電站交通洞等多個(gè)隧道工程的超前探測(cè)中,解譯結(jié)果與實(shí)際工程揭露巖體基本一致,從現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的角度驗(yàn)證了該探測(cè)技術(shù)方法的有效性和可靠性。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：U452.11

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