[發明專利]一種適用于深埋隧洞圍巖波速的現場測試方法

有效

• 申請號: 202010909665.X
• 申請日: 2020-09-02
• 公開（公告）號: CN112130204B
• 公開（公告）日: 2022-03-04
• 發明（設計）人: 張曉平;吳堅;劉泉聲;殷欣;李偉偉;靳久寧
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: G01V1/30
• 分類號: G01V1/30;G01V1/155;G01V1/28
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 嚴彥

1.一種適用于深埋隧洞圍巖波速的現場測試方法，其特征在于，通過超前地質預報和微震監測系統聯合獲取隧洞圍巖的波速值，包括首先利用隧道超前地質預報系統獲取掌子面前后方巖體的波速相對變化特征，再結合微震監測系統可以確定微震監測范圍內巖體的實際平均波速值，實現解決隧洞微震監測中掌子面前方巖體波速難以準確獲取的問題，實現方式包括如下步驟：

步驟1，在隧洞掌子面后方預設范圍內的洞壁上布置超前地質預報系統所需的檢波器和人工震源點，并測量人工震源點和檢波器的坐標；

步驟2，采用錘擊震源，在超前地質預報系統儀器安裝調試完畢后，在每個震源點進行多次錘擊來產生人工震動波，人工震動波在遇到掌子面前方具有不同震動特性的巖層界面時會發生反射，檢波器接收并記錄震動波信號及其遇到異常地質體時產生的反射波信號，通過數據線將檢波器接收的信號傳輸到監測主機，選取波形明顯、信噪比高的波形數據進行記錄和保存；

步驟3，基于震動波在不同介質中以不同的速度和衰減率進行傳播這一特性，超前地質預報系統以震動波疊加強度為基礎來判定反射界面，通過分析震動波信號的波場信息來估計巖體相對波速的變化特征，得到掌子面前后方一定范圍內巖體的波速相對變化曲線，記為V_r；通過超前地質預報支持獲取掌子面前方一定范圍內巖體的波速信息，提高位于掌子面前方微破裂事件的定位精度；

步驟4，在隧洞掌子面后方布置k個微震監測斷面，k≥2，掌子面附近激發人工震源，使監測斷面上的微震傳感器依次接收信號，拾取監測斷面上各傳感器的信號初始到時，通過各監測斷面之間的實際距離和信號的到時差計算出監測斷面間的巖體實際平均波速，記為V_a；

式中，V_a為第k到k+1個監測斷面之間巖體實際平均波速；ΔL為第k和k+1監測斷面之間的距離；Δt是信號在第k+1個監測斷面信號到時t_k+1與第k個監測斷面信號到時t_k之差；

步驟5，結合步驟3中獲取的巖體波速相對變化曲線和步驟4中獲取的監測斷面間巖體實際平均波速，得到隧洞掌子面前后方預設范圍內巖體實際波速的變化曲線；

步驟6，隨著掌子面的掘進，微震監測區域不斷變化，通過獲得的隧洞掌子面前后方一定范圍內巖體實際波速，及時動態調整監測區域內的巖體波速值，提高定位精度，實現方式如下，

微震監測系統在震源定位中使用的是均勻波速模型，為獲取微震監測范圍內巖體的平均波速，根據等效波速原理，采用式(2)～(3)計算微震監測范圍內巖體的等效平均波速V_e，基于步驟5所得隧洞掌子面前后方一定范圍內巖體的實際波速變化曲線，支持根據隧洞掌子面的掘進里程，根據式(2)～(3)重新計算并調整相應的波速值，

式中，V_e為監測段的巖體等效平均波速；L為監測段的長度；t為信號在監測段傳播的時間；L_i為監測段范圍內第i段的長度；V_ai為監測段范圍內第i段的實際平均波速；n為監測段范圍內不同波速的分段數；

隨著隧洞的掘進，重復上述步驟1～6獲取巖體波速值。

2.根據權利要求1所述適用于深埋隧洞圍巖波速的現場測試方法，其特征在于：步驟1中，人工震源點和傳感器排列的布置方式根據隧道施工方法、地層結構與性質以及震源信號觸發操作因素綜合設置。

3.根據權利要求1所述適用于深埋隧洞圍巖波速的現場測試方法，其特征在于：所述超前地質預報系統采用TRT7000隧道超前地質預報系統。

4.根據權利要求1所述適用于深埋隧洞圍巖波速的現場測試方法，其特征在于：步驟2中，使用大錘在每個震源點進行多次錘擊來產生人工震動波，每個震源點敲擊次數不少于6次。