[發明專利]數據采集系統、方法及隧道地震波超前預報方法

有效

• 申請號: 202010008394.0
• 申請日: 2020-01-06
• 公開（公告）號: CN111158050B
• 公開（公告）日: 2022-07-05
• 發明（設計）人: 李開富;王偉;段文軍;高星;章龍管;馮赟杰
• 申請（專利權）人: 中鐵工程服務有限公司;中國科學院地理科學與資源研究所
• 主分類號: G01V1/36
• 分類號: G01V1/36;G01V1/26;G01V1/18
• 代理公司: 北京金咨知識產權代理有限公司 11612
• 代理人: 宋教花

本發明提供一種數據采集系統、方法及隧道地震波超前預報方法。該系統包括在隧道側壁上布置的第一激發點、第二激發點和位于所述第一激發點、第二激發點的多個接收點，所述第一激發點、第二激發點和多個接收點布置成位于與隧道走向平行的一條直線上；其中，第一激發點靠近掌子面，第一激發點與其最靠近的一個接收點間隔第一距離，第二激發點與其最靠近的一個接收點間隔第二距離，所述第一距離與第二距離相等。本發明實施例的數據采集系統、方法及隧道地震波超前預報方法利用地震波路徑互換原理，減去路程差，可進行同相疊加，增加信噪比。

技術領域

本發明涉及施工地質檢測領域，尤其涉及一種數據采集系統、方法及隧道地震波超前預報方法。

背景技術

預測隧道開挖過程中的不利地質條件、預報掌子面前方的地質構造和含水性，從而保障施工安全。同時超前預報也為隧道施工的方法、支護形式的變更提供了重要依據，減少了施工的盲目性。

為了有效地使用反射地震信號預報隨道掌子面前方的地質情況，在觀測方式和處理方法方面形成幾種不同的專門技術，其中包括負視速度法、TSP、TRT和TST等預報技術。這些技術都屬于反射地震預報技術，代表不同的研究階段和技術特點。從目前應用的各種隧道超前預報方法看出，隨道地震超前預報技術可以按觀測方式分為兩類:一類是直線布置，包括負視速度法、水平剖面法，一類是空間布置，包括TSP、TRT和TST。

負視速度法是由我國鐵路系統在上世紀90年代初開發的反射地震隧道超前預報方法，該方法的原理是利用地震波在不均地層中產生的反射波特征，來預報隨道施工開挖面前方的地質情況。負視速度法觀測時，檢波器和炮點在一條平行隧道軸的直線上，利用直達波速估計前方圍巖的波速，利用反射波走時曲線與直達波走時曲線的交點推測前方構造界面的位置，其觀測與分析方法地震測井的垂直剖面方法有很多相似之處，所以有時也稱“垂直剖面”，對于前方規模較大的不良地質體可做出預報。

負視速度法的缺點是只適用于地質結構比較簡單的隧道，在地質結構比較復雜的隧道中進行超前預報時，記錄剖面就會比較復雜，預報效果就會變差。

TRT技術全稱是True Reflection Tomography，意為“真正的反射層析成像”，是由美國Corolado礦業學院的NSA工程公司在上世紀末本世紀初開發的在歐洲、亞洲開始應用。與TSP系統和TGP系統相似，TRT系統的基本原理也是基于地震波反射原理，區別在于資料處理和解釋的方法的不同，在觀測方式上，TRT技術的突出特點是實現了空間，檢波器和激發炮點布置在隧道兩側和掌子面上，最大限度地擴展橫向展布，以充分獲得空間波場信息，提高波速分析和不良地質體的定位精度。TRT資料處理時是假定一個波速模型，根據檢波器接收到的地震波信號得到某一波形傳播的時間，運用波速初始模型得到運算后的不良地質體的推測距離，然后根據實際情況修改模型參數，以求得最符合實際的結果。具體的實施方法是以每個震源和地震信號檢波器組的位置為焦點，所有產生回波的反射體的位置可以確定一個橢球，足夠多數量的震源和檢波器組對形成眾多的摘球，每個界面反射的地層位置可以由這些眾多橢球交匯區域所確定，反射邊界每一點離散圖像的計算包括由所有炮檢組所對應的三維巖體選定的區塊，離散圖像中各點值是由空間疊加所有地震波波形而得到的TRT預報系統的缺點是當施測遇到軟弱圍巖地段時，震源能量衰減快，探測距離和精度都受到很大影響。TRT方法在隧道地震超前預報中，國內外的使用都比較少，需要積累經驗進一步改進效果。

TST技術(Tunnel Seismic Tomography)是隧道地震CT成像技術的簡稱，其基本原理是逆散射成像，散射理論使用的范圍更廣泛，它認為反射只是散射中的一種特殊情況，反射波的能量一般比散射波能量大得多，在使用的波長一定的條件下，應用反射理論只能識別遠大于波長的目標體，應用散射理論可識別比波長小得多的異常體。隧道地震CT技術的觀測系統是采用空間布置的。在TST隧道CT成像技術的觀測系統中，通常是將12個檢波器在隧道邊墻兩邊按照單邊6個擺放，檢波器之間的距離3至4m，單邊覆蓋長度約20m左右，檢波器插入邊墻的深度約為1.5至2米，在掌子面進行爆破或者錘擊激發震源，單次預報進行4至5次的激發