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國(guó)內(nèi)外隧道超前預(yù)報(bào)技術(shù)評(píng)析與推介

發(fā)布時(shí)間：2012-10-17 點(diǎn)擊次數(shù)：次

    目前國(guó)內(nèi)外超前預(yù)報(bào)技術(shù)現(xiàn)狀目前國(guó)內(nèi)外隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)研究的總體水平還處于發(fā)展之中,不完全成熟,需要進(jìn)一步改進(jìn)和完善,預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性和可靠性還有待提高.現(xiàn)階段使用的隧道超前預(yù)報(bào)技術(shù)主要是以各種反射地震技術(shù)為主,地質(zhì)雷達(dá)為輔,高密度電法的應(yīng)用還不普遍.地質(zhì)雷達(dá)對(duì)含水構(gòu)造敏感,但預(yù)報(bào)的距離較短,在 20~30 m以內(nèi).反射地震的預(yù)報(bào)距離可以超過(guò) 100 m. 在隧道內(nèi)使用反射地震進(jìn)行超前預(yù)報(bào)時(shí),觀測(cè)空間有限,同時(shí)隧道圍巖不同方向都可能形成反射, 使之在解釋與判別方面存在很大的困難.為了有效地使用反射地震信號(hào)預(yù)報(bào)隧道掌子面前方的地質(zhì)情況,在觀測(cè)方式和處理方法方面形成了幾種不同的專門技術(shù),其中包括負(fù)視速度法、水平剖面法 (HSP),TSP、TRT和TST等預(yù)報(bào)技術(shù),這些技術(shù)都屬反射地震預(yù)報(bào)技術(shù),代表了不同的研究階段和技術(shù)特點(diǎn),現(xiàn)分別對(duì)這幾種地震預(yù)報(bào)方法的特點(diǎn)進(jìn)行分析與比較. 負(fù)視速度法是由我國(guó)鐵道系統(tǒng)在上世紀(jì)90年代初開始研發(fā)的反射地震隧道超前預(yù)報(bào)方法,曾昭璜等(1994)有關(guān)隧道地震反射法超前預(yù)報(bào)方面的研究成果具有代表性.

    近年來(lái)何振起等人也發(fā)表了類卷似的工作成果.該方法的觀測(cè)是在隧道一個(gè)側(cè)壁打孔布置檢波器和炮點(diǎn),檢波器和炮點(diǎn)在一條平行隧道軸的直線上,利用直達(dá)波速估計(jì)前方圍巖的波速, 利用反射波走時(shí)曲線與直達(dá)波走時(shí)曲線的交點(diǎn)推測(cè)前方構(gòu)造界面的位置.其觀測(cè)與分析方法與地震測(cè)井的垂直剖面方法有很多相似之處,所以有時(shí)也稱 ‘垂直剖面法’.對(duì)于前方規(guī)模較大的不良地質(zhì)體可做出預(yù)報(bào).數(shù)據(jù)處理是利用反射波走時(shí)確定反射界面位置,處理主要反射界面,缺乏商業(yè)化軟件,目前僅局限于鐵路系統(tǒng)少數(shù)單位使用. 水平地震剖面法(HSP)的觀測(cè)方式與負(fù)視速度法略有不同,激發(fā)點(diǎn)和接收點(diǎn)布置在隧道兩側(cè).在隧道的一個(gè)側(cè)壁上規(guī)則設(shè)置檢波點(diǎn),另一側(cè)壁上規(guī)則布置炮點(diǎn),接收掌子面前方的反射信號(hào),從而確定前方不良地質(zhì)體的位置.資料處理過(guò)程與負(fù)視速度法基本相同,將反射記錄按規(guī)律重排,讀取反射波走時(shí)數(shù)據(jù),計(jì)算反射界面位置.與負(fù)視速度法相比,水平剖面法的觀測(cè)系統(tǒng)的橫向展布較大,有利于提高速度分析和定位的精度.有一定的直觀性,能確定主要反射界面,對(duì)于復(fù)雜地質(zhì)條件的多反射界面處理較困難.缺乏商業(yè)化軟件,在西南鐵路系統(tǒng)中有一定應(yīng)用,在臺(tái)灣和日本有一些應(yīng)用實(shí)例.

    水平地震剖面法(HSP)觀測(cè)與資料處理示意圖TSP超前預(yù)報(bào)方法(Tunnel Seismic Predic- tion)是由瑞士Amberg測(cè)量技術(shù)公司上世紀(jì)90年代初開發(fā)的用于隧道超前預(yù)報(bào)的技術(shù).該方法在歐洲、亞洲有很多應(yīng)用,中國(guó)先后引進(jìn)了該公司的 TSP202、TSP203等超前預(yù)報(bào)系統(tǒng),特別是鐵路系統(tǒng)引進(jìn)數(shù)量較大,是TSP的最大用戶.TSP的觀測(cè)是由一個(gè)三分量檢波器承擔(dān),埋入隧道側(cè)壁巖體中1 ~1.5 m,炮點(diǎn)設(shè)于隧道同側(cè)邊墻巖體內(nèi),等間距排列,與接收點(diǎn)在一條平行隧道走向的直線上,觀測(cè)方式與國(guó)內(nèi)的‘負(fù)視速度法’的觀測(cè)方式基本相同. TSP方法與‘負(fù)視速度法’的主要區(qū)別是在資料處理方法上,它不是采用走時(shí)反演方法,而是采用地震資料處理中的深度偏移成像方法.在偏移成像之前進(jìn)行二維Radon變換,利用視速度的差異,消除與隧道走向近乎平行界面的反射波.該方法的分析軟件名稱為TSPWIN.在鐵路、公路系統(tǒng)有很多應(yīng)用, 有的成功,有的失敗.隨著近年來(lái)在中國(guó)的應(yīng)用,發(fā)現(xiàn)TSP存在很多技術(shù)缺陷,主要是在觀測(cè)方式和軟件處理方法缺乏嚴(yán)謹(jǐn)?shù)奈锢砘A(chǔ),臆造性較大,與真實(shí)地質(zhì)情況不符,造成了很多漏報(bào)、誤報(bào)和工程事故,后文將對(duì)TSP的技術(shù)缺陷進(jìn)行深入地分析. TRT技術(shù)的全稱是True Reflection Tomo- graphy ,意為“真正的反射層析成像”,是由美國(guó) NSA工程公司在上世紀(jì)末本世紀(jì)初開發(fā)的,

    在歐洲、亞洲開始應(yīng)用.TRT技術(shù)的突出特點(diǎn)是在觀測(cè)方式實(shí)現(xiàn)了空間觀測(cè).資料處理方法上采用地震偏移成像.檢波器和激發(fā)炮點(diǎn)布置在隧道兩側(cè)和掌子面上,最大限度地?cái)U(kuò)展橫向展布,以充分獲得空間波場(chǎng)信息,提高波速分析和不良地質(zhì)體的定位精度,較 TSP和負(fù)視速度法有明顯的改進(jìn).TRT技術(shù)在歐洲隧道超前預(yù)報(bào)中有成功地應(yīng)用,如Blisadona隧道、奧地利的過(guò)阿爾卑斯山的鐵路雙線隧道等,預(yù)報(bào)長(zhǎng)度可達(dá)100~150 m,在軟弱土層和破碎巖體地段也可預(yù)報(bào)60~90 m.近年來(lái)NSA公司發(fā)生體制變動(dòng),目前TRT技術(shù)處于封存狀態(tài). TGP206型隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)儀是北京水電物探研究所與北京華安恒業(yè)科技有限公司最近聯(lián)合推出的一款最新型儀器,由北京華安恒業(yè)科技有限公司代理銷售.儀器包括三分量輸入通道2個(gè),數(shù)轉(zhuǎn)換 (A/D)20bit;采樣率為30微秒、60微秒、90微秒和120微秒;頻帶寬度10Hz~50Hz.觀測(cè)方式與 TSP基本相同,資料處理的詳細(xì)技術(shù)情況尚不清楚,但從宣傳傳資料看與TSP的處理方式基本相似. TST技術(shù)(Tunnel Seismic Tomography)是隧道地震CT成像技術(shù)的簡(jiǎn)稱,是由中科院與云南航天合作開發(fā)的,從上世紀(jì)末開始開發(fā)到2003年完成的.

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