TST和CFC技术在管片拼装隧道超前地质预报中的改进和应用

为解决盾构及TBM施工隧道地质构造和围岩含水探测的难题,在TBM引水隧洞中进行试验。改进在管片结构下TST(tunnel seismic tomography)观测系统的布置方式;针对大断层等高危不良地质体开展三维地震波法的超前地质预报研究试验;改进CFC(complex frequency conductivity)的观测方式,结合地震波方法,开展对刀盘前方围岩含水情况综合预报研究试验。以斯里兰卡埃勒黑勒运河、秘鲁圣佳旺Ⅲ水电站和菲律宾卡利瓦大坝引水隧洞等工程为例,介绍盾构及TBM施工隧道超前地质预报技术的工程实践。研究结果表明,针对软硬岩互层、大断层、含水构造不良地质体,该方法在实践中具有较好的应用效果。

隧道超前地质预报技术及综合应用

隧道掘进过程中围岩地质条件复杂多变,单一的地质预报方法存在多解性,准确率较低。基于分析不同超前地质预报方法的适用范围,建立地质分析与物探长距离预报和短距离预报相结合的综合预报解译方法,并以某高速公路隧道超前地质预报为例,采用地质分析法、地震波反射法、电磁波反射法、瞬变电磁法进行了综合超前地质预报及工程应用。结果表明:综合超前地质预报能较准确查明掌子面前方不良地质体的分布范围及性质,可有效降低施工风险,为地质灾害处理和围岩设计变更提供依据。

我国隧道地质超前预报技术述评

隧道地质超前预报在隧道施工开挖中起着关键性作用,同时也是工程地球物理界所面临的一大技术难题.本文回顾了我国主要隧道地质超前预报技术(隧道地震预报系统、水平声波剖面法、陆地声纳法、地质雷达法、红外探水法、超前钻探法和超前平导法)的历史,介绍了它们近年来的研究进展;分析了其现状及在几何结构成像、物性结构反演成像和复杂地质体结构探测中存在的不足;指出了当前亟待解决的基础理论研究、正反演研究、多参数综合利用、建立三维可视化的预测预警系统等问题并提出了解决这些问题的基本设想.

基于激发极化法的隧道含水地质构造超前探测研究

突(涌)水地质灾害是制约隧道等地下工程建设的瓶颈问题之一,隧道施工期含水地质构造的超前探测尤其是水量预测已经成为亟待研究和解决的重要工程科技难题。针对上述难题,提出以激发极化法等地球物理方法为先导的解决思路,研发隧道含水构造超前探测专用激发极化仪器。提出从视电阻率数据着手解决含水构造定位难题的思路和基于三维电阻率反演方法的隧道含水构造超前探测三维成像方法及其计算效率优化方案。解答隧道超前探测的基本问题(如三维全空间点源电场求解、三维测量观测方式、干扰识别与去除方法、反演目标区域等),利用反演算例验证断层、溶洞等含导水地质构造三维成像的有效性。针对含水体的水量预测难题,提出基于二电流激发极化半衰时之差法的隧道含水构造水量预测方法,通过物理模型试验发现半衰时之差与水量之间存在线性正相关关系,二者之间的这种单调线性正相关关系为解决实际工程中含水构造的水量预测难题奠定了基础。最终形成激发极化法隧道含水地质构造超前探测技术体系,并将该技术用于隧道地质预报实践中,预报结果与实际开挖情况基本一致。实际应用效果表明,激发极化超前预报技术可有效解决隧道施工期含水构造超前探测的定位难题,尤其可实现含水体水量的估算,拓展了超前地质预报工作的功能,具有良好的应用前景和推广价值。

隧道地质灾害超前预报的地震反射法

介绍了利用地震反射法进行隧道地质灾害超前探测的基本原理、观测方法,讨论了反射波时距曲线方程和特点以及实际应用中存在的主要问题和影响因素,指出采用地震反射法与工程地质调查法相结合可以提高超前探测的准确性和精度.

TSP超前预报法在秦安高风险隧道中的应用

为确保高风险隧道施工安全,如塌方、突水等安全事故的发生,采用超前预报避免地质灾害发生,保障隧道中不良地质段的安全施工显得尤为重要。结合宝兰客运专线秦安隧道工程,综合掌子面地质编录资料和TSP超前地质预报系统探测资料,解译探测资料时以地质编录资料为基础,以P波深度偏移剖面、提取的反射层和岩性参数图等P波数据资料为主,结合S波在液体中传播的特性综合判断,成功地预报了掌子面前方的断层(碎裂带)、软岩和地下水。通过预测结论和实际开挖情况相对比,分析了该方法的适应性及其特点,为隧道施工期超前预报中类似工程预报方法的选用具有一定的参考价值。

超前地质预报综合技术在公路隧道中的应用

文章介绍了地震波反射法、高密度电法(三电极法)和超前钻孔法三种探测技术的原理及现场测试,并对广乐高速公路长基岭隧道应用这三种探测手段进行的综合超前地质预报结果进行了分析研究。结果表明,间接预报和直接预报综合技术有一定的实用性;另外,单一预报方法都有一定的局限性,而综合地质预报方法能够实现优缺点互补,大大提升预报的针对性和可靠性。

我国隧道工程超前预报技术现状分析

隧道施工期的地质超前预报要解决的问题是:能够准确无误地查明其工程岩体的状态、特征以及可能发生地质灾害的不良地质体的位置、规模和性质,特别是在复杂的岩溶地区该工作尤为重要。超前预报的方法目前分为两大类,即直接预报方法和间接预报方法两类。直接预报方法主要有掌子面的超前钻探、超前平导法等;间接预报方法主要是多种类型的地球物理探测手段。回顾了我国隧道工程超前预报技术的历史,介绍了近年来的研究进展,分析了其现状,指出了当前亟待解决的一些问题并提出了解决这些问题的基本设想。对目前国内正在进行研制的相控阵探地雷达的进展情况进行了介绍。

大断面巷道掘进围岩条件震波联合测试模拟研究

为探测大断面巷道掘进过程中前方地质条件及周边围岩特征,采用地震波CT与巷道内的反射波相结合进行勘探。基于地震波的数值模拟技术模拟巷道超前跨孔地震波CT勘探和反射地震偏移成像,并对结果进行数据融合,用来联合判断围岩破坏特征及超前地质条件预报。结果表明,2种方法数据的融合可以提高巷道周边地质条件判断的准确率。掘进工作面跨孔震波CT可为大断面巷道的地质预报提供新的依据,融合震波CT及反射偏移成像结果,可以为安全技术措施制定提供参数,对安全掘进至关重要。

TRT在隧道地质超前预报中的应用

在隧道施工中,由于勘察设计的局限性和隧道围岩地质条件的复杂多变性,因此难以对复杂的地质情况做出准确的微观把握,往往造成地质勘探资料与实际情况不符,经常遇到岩溶突水、软弱围岩大变形、塌方、沉陷、岩爆、瓦斯突出等地质灾害,导致人身伤亡,工期延误,为了将地质灾害影响程度降到最低,施工前进行超前地质预报是十分必要的。详细介绍了TRT超前预测预报系统的原理、方法及突出特点,并以大瑞线铁路尖山岭隧道为实例,对预报结果进行了较为详细的处理、分析和现场验证,最后指出了该技术待进一步研究的问题。

TRT地质超前预报技术及其在三峡翻坝高速公路中的应用

主要介绍三维弹性波反射法地质超前预报(TRT)技术原理与工作方法,结合三峡翻坝高速公路的隧道地质超前预报,探讨了TRT技术在野外工作与数据处理中遇到的问题与解决办法,并与其它地质超前预报技术进行对比,总结了TRT技术优缺点。

TRT技术在某地下矿山空区探测中的应用研究

在矿山开采过程中,破碎带、软弱夹层等地质构造以及隐患空区的存在严重影响矿山的生产安全。开采前对工作面前方的地质条件进行超前预报,并及时采取有效的应对措施,对于矿山安全、经济且高效开采具有重要意义。为了探明某金铜矿深部矿房塌陷后涉及多中段的复杂空区位置和形状,在现场勘查的基础上,采用TRT6000系统分多中段多测点对需探测区域进行了不同方位的探测,结合钻探结果对预报结果进行详细分析与验证,并建立了反映空区形态的三维模型。结果显示TRT6000系统预报结果与钻探结果基本吻合,表明应用TRT在矿山井下开展超前预报具有可行性。建立的三维模型更加直观地揭示了空区及破碎带等问题区域可能出露的位置,为TRT结果解译的可视化提供了参考。

基于地震波反射法的盾构施工超前地质预报初探

由于北京地铁八号线三期工程六营门站—五福堂站盾构段区间特殊的工程环境及工艺,使得传统的预报方法难以开展实施。以盾构刀盘切削震动为震源,以地震波反射法为原理进行地震波相位特性和振幅特性的解析,提出了基于地震波反射法的盾构施工超前地质预报方法,并进行超前预报及跟踪对比工作。现场试验表明:基于地震波反射法的盾构施工超前地质预报系统布设简单、操作方便,且不影响作业面推进;基于地震波反射法的盾构施工超前地质预报系统能较好地反映地下介质体的形状与轮廓,图像判译结果基本与地质资料吻合,与开挖跟踪结果一致。

基于TRT系统的金属矿山巷道施工超前地质预报:以安徽徐楼铁矿为例

在矿山巷道施工过程中,超前地质预报是减轻地质灾害的重要手段。本文介绍了TRT超前地质预报系统探测原理和方法,并讨论了TRT系统在金属矿山巷道施工中的应用前景。以徐楼铁矿巷道为例,结合掌子面素描法和矿区地质资料,分别对-205m和-217m水平出矿巷道进行了TRT超前探测和解译。通过对两个巷道的探测结果进行检验,预报准确率分别为70.0%和68.2%。TRT预报系统对于金属矿山巷道节理裂隙、软弱蚀变带、溶洞、矿体等具有良好的预报效果,可为巷道施工方案和安全措施的制定提供重要依据,并显著提高巷道施工进度。

层析扫描成像技术在隧道施工地质预报中的应用

以三峡翻坝高速公路项目鸡公岭隧道工程为例,介绍了层析扫描成像技术(TRT)的基本原理、传感器布设与信号接收、数据处理方法等,并应用该技术进行施工地质预报。结果表明,TRT技术对隧道围岩级别与含水体的预报准确率较高,其预报成果可以满足安全施工的要求。

综合地质预报技术在隧道施工中的应用

单一隧道施工地质预报方法精度不能完全满足安全施工需要。综合施工地质预报技术与之相比能够更准确的探测掌子面前方地质情况和可能存在的不良地质灾害,对保证隧道安全、快速施工有着重要意义。在对各种施工地质预报方法原理及适用性进行简要分析的基础上,建立以地质调查分析为基础,物探方法为手段的综合施工地质预报体系。以椿树垭隧道为工程实例,选用地质调查分析、真正反射层析成像、红外探水和超前水平钻孔相结合的综合预报方法,取得了良好的效果。为综合施工地质预报技术在相关工程中的应用提供了一些经验。

隧道反射波层析成像正反演模拟与TRT反演的对比分析

由于隧道反射层析成像技术(TRT)仅支持10个接收点以内的观测系统进行超前预报和反演,而且在施工中常有坏道情况,导致有效接收点道数不足10道,严重地影响了工作进度,极大地限制了该仪器的实用性。基于此,文章通过推导得出隧道拱面上观测系统直达波和反射波的走时公式,结合波前扩散原理,借鉴TRT反演技术原理,得出了隧道拱面上任意布置接收点和震源点的正反演方法。该方法可以达到和TRT软件一致的反演结果,并且不受道数限制,在有坏道的情形中,保证有足够的有效道数参与反演,可为研制更加经济实用国产设备提供方法条件。

高频地震反射法在大坪隧道施工中的应用

随着西部大开发战略的实施,我国西部地区公路隧道工程的数量越来越多,工程等级也不断提高。然而在隧道施工中难免会遇到诸如岩溶突水、岩爆、围岩大变形、塌方等地质灾害问题,为了将地质灾害影响程度降到最低,在隧道施工前进行地质超前预报是十分必要的。文章以大坪隧道为例,介绍了TGP12(高频地震反射法)探测系统的原理、数据处理、解译技术,通过对比分析验证了预报结果的准确性,并总结了应用TGP12进行地质超前预报的体会,展示了TGP12探测系统在隧道施工地质超前预报中的广阔应用前景。

地震逆时偏移成像条件在巷道中应用对比及噪声压制策略

为了保障矿山巷道(隧道)等地下工程在复杂的地质条件下安全高效开挖,需要采用有效而准确的超前预报技术来提前探明开挖面前方的地质情况。在各类超前预报技术中,地震波反射法是最主流的方法之一,其最大的优点是探测距离远、界面识别效果好。逆时偏移(Reverse-time Migration,RTM)是一种基于地震波反射信息对地质结构进行精确刻画的先进成像理论,将其用于矿山巷道(隧道)地震波超前预报可以大幅提升探测精度。在逆时偏移过程中,特别是在矿山巷道复杂的观测环境下,成像条件的选择以及低频噪声的压制策略是保证最终成像质量的关键。以地震波逆时偏移理论为基础,构建了3种典型巷道不良地质体模型,对几种常用的逆时偏移成像条件以及低频噪声压制方法进行了对比分析。结果表明:基于Poynting矢量去噪的互相关成像条件是最适用于矿山巷道(隧道)地震波逆时偏移的成像条件。分析结果为逆时偏移成像在矿山巷道(隧道)地震波超前探测中的实际应用奠定了基础。

TSP-203系统数据采集的改进方案

TSP-203系统(Tunnel Seismic Prediction System)是针对复杂地质条件设置的隧道挖掘超前地质预报系统,目前广泛应用.该系统从数据采集、处理和成果评估高度智能化,采用该系统可以预报隧道工作面前方至少100m围岩地质体的性质、位置和规模,并可算出其岩石物理力学参数,为确定合理的支护参数提供依据,提高了隧道施工安全和质量.本文针对TSP-203系统的野外工程中遇到的精度和勘探成本问题,根据石油地震勘探的理论方法,考虑系统观测的激发和接收两大因素,提出系统数据采集的改进方法:1)在信号激发方面提出组和爆炸方法;2)在针对信号接受方面提出传感器新的安装改进方法.