隧道施工地质地震波法超前探测技术研究

李思远

【摘 要】随着我国经济的发展和生活水平的提高，我国隧道的里程也进入了快速发展和增长的阶段，在此背景的作用下，隧道内的施工环境的安全也变得越来也重要。而地质地震波法作为一种超前的主要探测技术，已经逐步实现应用在了实际的隧道运行中，并取得了诸多成功应用的案例，但是在实际的操作中，根据不同的探测方法，也会出现不同的问题。本文主要以对超前探测中应用最为广泛的地震波探测技术作为主要论点，对这项技术加以阐明。指出在隧道超前探测中所存在的地震波的类型，并对这些类型加以分析。进一步提出更完善的地震波超前探测方法。

【关键词】隧道施工地质。地质波法，超前探测技术

一、隧道施工地质

1.1隧道地质的概论

隧道指的是修建于岩土下的地下工程，隧道工程的设计和施工是以工程岩体和谁水文地质条件为主要依据的。同时也需要对相关的地质条件进行科学的设计和合理的规划。施工人员必须清楚额掌握和认识该区的地质条件，确保施工方案与工程场区的岩土地质条件相互匹配。这也是隧道施工成败的关键部分。

1.2地质结构对施工的影响

在通常情况下，由于修建隧道的位置不同，其所属的地理位置和地质环境也产生了一定的区别，我们可以将影响隧道施工的因素规划为三个方面：不良地质、地下水好围岩级别。围岩的变形和破坏都有可能造成大量的岩体滑坡、崩塌等。而地下水存在的问题主要是漏水，这一系列灾害发生的原因是因为由于隧道的开采和开凿，避免不了的会对原地区的水文提哦案件造成一定量的影响，而地下水一旦出现问题，还有可能会卷来大量的泥沙。除此之外包括欧隧道的冻融灾害、高温灾害、有害气体泄露以及地震灾害。其中，虽然隧道结构在抗地震方面是做到最好的，但也不表示我们可以对地震灾害放松松懈。

1.3隧道地质灾害的防治

在隧道进行施工，普遍存在着地质灾害的威胁。这既是隧道施工的一大敌人，也是影响隧道施工的主要原因因此，探讨和深入了解隧道地质灾害发生的可能性，研究其监测系统及防治对策，在开发和隧道的建设中也具有重要意义。在隧道的施工中，由于地质作用和人类的活动经常引发灾害，是隧道建设的重要问题，但是地质灾害作为其中的一种也有着固定的形成条件，其发生也有一定的规律可循，只要对这些规律和发生时间进行预知并及时进行补救措施就可以很好的避免问题。但是目前我们对这些问题的认识还不够全面，规律也没有完全掌握。特别是对地质灾害的预报还没有取得突破性的成就。

二、地震波法

2.1地震波法的研究背景

随着我国公路，水路以及其他工程的飞速发展，施工隧道也大量出现，截至1999年，我国仅隧道就已经达到6876个，总厂超过3670km，长度位居世界第一。我国的隧道以及地下工程在全球各个国家之中可谓是数量最多，情况最复杂且未来发展速度最快的国家。但正是因为发展速度快，我国的隧道以及地下施工也产生一系列的问题。由于受到经济条件水平好技术方面的影响和制约，在对地质进行勘测时，要想做到准确预报可能存在的不良地质还是十分困难。所以，利用一定的技术和手段，搜集隧道所在的岩体的相关资料，并对这些资料加以研究以此来确保施工的安全和施工的质量，是非常有必要的。

2.2研究的目的以及主要内容

提高隧道地震超前探测的准确性以及对不良地质体预测的可靠性，就必须建立在认识和了解各种不良地质的物理性质和弹性形制的基础上。以岩体的弹性作为基础，利用网格有限差分数值模拟的方法，对隧道中的异常弹性波波场的分步进行数值分析和模拟，实现探测不良地质以及地震发生概率的目的，并对隧道模型内模拟结果以及地震记录的信息加以分析，保证施工的安全。由于地质超前探测的工作实在隧道中进行的，其数据的采集以及后期对数据的处理都有一定的特殊性。

2.3地震波法的探测原理

地震波法的原理并不困难，最基本的方法就是使用高强度爆炸的TNT炸药在地面激起人工地震波，地震波沿着与地面垂直的方向进行传播，地震波在触碰到之地相对紧密的岩层之后会有一部分波反射回地面。而施工人员和研究人员事先在地面安装起许多呈现点阵的波测器，这些波测器能够把地面微弱的震动转变为电子信号，通过连接线传输到接收器内，接收器在对这些不同位置的电信号进行记录。而为了确保其测试的精确度，还需要对时间度量转换为距离度量。而且实际情况远比上述的简单原理复杂，首先，爆炸的一瞬间产生的波不仅是纵向传播的，很有可能产生强烈的声波对实验结果进行干扰，而这样也导致出现的结构模糊不清，人们必须去掉这些害波和无用的波，不过这些波是可以根据规律被过滤掉的。所以换句话所，地震波法探测的任务就是把有用的波收集起来，将没有用的波去掉。以此得出一个准确的数据。因为在实际的操作中很容易出现问题，这也要求勘测人员要有过硬的专业技术和职业素养。

三、超前探测技术

3.1地震波超前地质预报的原理

通过设备设置的震源反射波的数据采集系统（传感器和记录仪），将这递増数据经微机处理后储存起来，然后将数据输入带有特制软件的电脑，经过电脑进行复杂数学计算后 最后形成反射波（纵波）波形图、反映相关界面或地质体反射能量的影像图和隧道平面、剖面图供工程技术人员解译。

3.2地震波超前地质预报的作用

预报掌子面前方的断层破碎带、软岩、岩溶陷落柱等不良地质体的性质、位置和规划，以及对涌水量大于5m3/h以上的富水地质体和老密、老崆等采空区的存在、位置和规模的预报。对煤系地层的边界和其中的煤层、富水砂岩;粗略地预报围岩级別进行的定性地预报发生塌方、突泥突水等施工地质灾害的危险性。

3.3超前地质预报的地震法

地震法是当前隧道中长期超前预报的主流方法。它包括：HSP、TSP、TGP、TRT、TST、负视速度等各种方法。其工作原理是利用在隧道围岩以排列方式激发弹性波，弹性波在向三维空间传播的过程中，遇到声阻抗界面，即地质岩性变化的界面、构造破碎带、岩溶和岩溶发育带等，会产生弹性波的反射现象，这种反射波被布置在隧道围岩内的检波装置接收下来，输入到仪器中进行信号的放大、数字采集和处理，实现 拾取掌子面前方岩体中的反射波信息，达到预报的目的。

其中TSP、TGP、TRT应用的是反射理论，尚需在小孔径偏移成像病態问题方面进行努力。该方法充分认识三维波场的复杂性，能进行方向滤波，仅保留掌子面前方的回波，避免现行超前预报方法中虚报、误报率高的技术缺陷。能准确确定掌子面前方围岩波速分布，为岩体工程类别判定提供依据，同时避免现行方法预报位置不准确的缺陷。

结束语：

我国隧道发展的历史和所取得的成绩和技术上的成就可谓是蒸蒸日上，但是地下资源的开发是一种需要可持续性发展的技术。随着我国综合实力的不断增强和经济水平 不断提高，在隧道以及地下工程的建设的成就也在不断的发展。这也就要求我国在地震波超前探测的领域需呀不断的完善和加强。而由于地震波法所得到的数据量十分庞大，这也对计算机的使用提出了要求。可以说，如果没有技术上的支持和地震超前探测的持续发展。我国的隧道以及地下施工就很难进行进一步的发展。

参考文献：

[1]尹陈.地震波衰减与流体预测研究[ D ].成都理工大学，2008.

[2]杨晓春，李小凡，张美根.某些数学方法在地震波反演问题求解中的应用[ J ].数学进展，2005.

[3]魏国华，隧道地质地震波法超前探测技术，吉林大学，2010，