[發明專利]3D快速高分辨率隧道施工超前智能預報方法

在審

• 申請號: 201711218640.X
• 申請日: 2017-11-28
• 公開（公告）號: CN108051852A
• 公開（公告）日: 2018-05-18
• 發明（設計）人: 錢榮毅;宋翱;錢志強;宋斌
• 申請（專利權）人: 錢榮毅
• 主分類號: G01V1/28
• 分類號: G01V1/28;G01V1/24
• 代理公司: 北京文苑專利代理有限公司 11516
• 代理人: 王煒

本發明公開了一種3D快速高分辨率隧道施工超前智能預報方法，采用在掌子面上激發地震波，在掌子面上3D接收反射波信號的多次覆蓋成像的觀測方式，能夠根據掌子面的形狀和施工方式，快速組合高靈敏度寬頻帶傳感器布置三維接收系統，并且在掌子面上利用寬頻帶震源進行快速有規律的自動激發而不對掌子面本身造成損害，施工簡單，重復性強，危險性低；其次，在隧道不同施工過程進行激發采集數據，結合隧道施工所獲取的圍巖物性(圍巖密度、泊松比等)，建立隧道數據庫，通過對不同時刻的數據進行對比處理，能夠對隧道掌子面前方地質信息高分辨率探測，探測掌子面前方500米以內的地質災害。

技術領域

本發明涉及隧道工程領域，具體涉及一種隧道施工的預報方法。

背景技術

在多山的國家，隧道作為一種建設風險高的隱蔽工程，具有對環境影響 小，占用土地少和行程距離短等優勢，受到了越來越多的關注。然而，在隧 道的掘進過程中，經常遇到各種不良地質地段(斷層、破碎帶、陷落柱、溶 洞、地下水等)，由于其隱蔽性以及突發性，對施工安全造成極大的威脅， 也對施工進度造成很大的影響。為了降低隧道掘進過程中的風險，減少不良 地質災害對人員和機械設備的破壞，在隧道施工過程中采用超前地質預報技 術進行地質災害預測具有重要的實用意義和可觀的經濟效益。

隧道地震超前預報技術作為隧道超前地質預報技術中的主流技術，在實 際隧道施工中得到廣泛應用，目前普及率最高的是由瑞士Amberg測量技術公 司于上世紀90年代初開發的隧道超前預報方法TSP(Tunnel seismic prediction)技術，以及美國NSA工程公司開發的TRT(True Reflection Tomography)技術。TSP技術以及TRT技術等隧道地震超前預報技術，根據掌 子面和隧道周圍介質的彈性和密度差異和地震波在不均勻地質構造中產生的 反射波、繞射波特性，在隧道壁上布置1D(TPS技術)、2D或2.5D(TRT技 術)的觀測系統，采用炸藥、電子雷管、錘擊等方式進行震源激發，獲取隧 道壁圍巖以及隧道掌子面前方的地震波信息。通過對采集的地震波信息，進 行速度分析、走時分析、偏移處理等數據處理方式，獲取隧道施工前方及隧 道周圍地質條件和巖石特性變化，達到掌子面前方地質災害預報的目的。

由于隧道內的施工空間有限，TSP、TRT等技術采用在隧道壁上布置觀測 系統的方式，對于隧道掌子面前方的地質體來說，達不到真正的三維觀測， 難以充分、準確的獲得來自掌子面前方圍巖的波速信息以及不良異常體的反 射信息；其次，受觀測方式的限制，TSP、TRT等技術所獲取的地震波信號相 對于陸地表面觀測的震相復雜，要識別面波、縱波和橫波、轉換波難度大， 這使得地震波信號的處理難度大，所需時間長，嚴重影響施工進度，且對隧 道掌子面前方地質體的預測結果多解性較強，精度較低；同時，現有的基于 地震波的超前預測技術，多采用單一時刻獲取的數據作為預測數據，以此對 隧道掌子面前方的地質構造進行預測，并未聯系實際圍巖物性(如巖石孔隙 度、圍巖密度等)隨施工進度的變化情況，不能獲取掌子面前方地質結構隨 的動態變化信息；再次，由于TSP、TST等技術需要在隧道壁上進行震源激發 和信號接收，對施工進程造成了影響，提高了施工成本，且其震源激發方式 存在一定的危險性，容易造成隧道壁的破損，引發不必要的災害。

發明內容

本發明的目的在于提供一套能夠快速、安全、精準采集掌子面前方全面 的3D反射波信息，并結合隧道施工獲取的圍巖動力學信息多次采集動態對比 的4D超前預報方法，該方法所獲取的反射波信號受其他干擾影響小，能夠對 隧道掌子面前方地質信息高分辨率探測，探測掌子面后500米以內的地質災 害，其包括真正的掌子面3D信息采集技術和相匹配的快速、準確的反射波信 號處理算法，來推測隧道掌子面前方地質體的結構信息，提高了施工效率， 降低了施工風險。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種3D快速高分辨率隧道施工超前智能預報方法，包括如下步驟：

(1)根據不同的施工要求以及施工條件，設計高靈敏度寬頻帶信號 傳感器的組合方式進行數據采集；