深部岩层不良地质构造地震层析成像技术研究.pdf

第 1 1卷第 3期 2 0 1 4年 6月 铁道科学与工程学报 J o u r n a l o f Ra i lwa y Sc i e n c e a n d En g i n e e r i n g Vo l u me 1 1 Nu mb e r 3 J u n e 2 0 1 4 深部岩层不 良地质构造地震层析成 像技术研 究 曹平。 欧可 。 宁果果。 韩东亚 中南大学 资源与安全工程 学院， 湖南 长沙 4 1 0 0 8 3 摘要 以中铝公司铝土矿运输巷道和金川公司镍矿9 7 8探矿道为工程背景， 对T R T 6 0 0 0地震层析成像技术检测原理、 识 图方法、 巷道3 - 程概况进行介绍， 对不良地质构造进行定性、 定量的预报， 为巷道快速掘进和稳定性分析提供详细的地质依 据。探测结果与巷道后期开挖情况对比表明 T R T 6 0 0 0超前探测技术对不良地质构造灵敏度高， 探测距离远 ， 勘测结果准 确、 直观、 全面。初步探讨 T R T 6 0 0 0在深部巷道探测方面的局限性， 同时指出在深部巷道超前探测试验中， T R T 6 0 0 0地震层 析成像技术需注意的问题， 研究结果对类似工程实践具有一定的参考价值。 关键 词 不 良地质构造 ； 地震层析成像技术 ； 超前探 测 ； T R T 6 0 0 0 中图分类 号 U 4 5 7 ． 2 文献标志码 A 文章编号 1 6 7 2 7 0 2 9 2 0 1 4 0 3 0 1 1 7一 O 6 Re s e a c h o n g e o l o g i c a l a n o ma l o u s s t r u c t u r e n d e e p r o c k s t r a t a b y u s i n g s e i s mi c t o mo g r a p h y t e c h n i q u e CAO Pi ng， OU Ke ， NI NG Gu o g u o， HAN Do n g y a S c h o o l o f Re s o u r c e s a n d S a f e t y E n g i n e e r i n g ， C e n t r a l S o u t h U n i v e r s i t y ， C h a n g s h a 4 1 0 0 8 3 ， C h i n a Ab s t r a c t Ba s e d o n t h e h a ul a g e l a n e wa y o f c h i n a l c o b a u x i t e a n d 9 7 8 p r o s p e c t i n g l a n e wa y o f n i c ke l mi n e r a l s o f J i n e h u a n c o mp a n y ，a d e t a i l e d i n t r o d u c t i o n a b o u t t h e d e t e c t i o n p ri n c i p l e，r e c o g n i t i o n me t h o d o f T RT 6 0 0 0 a n d l a n e w a y p r o j e c t p r o f i l e w a s m a d e S O a s t o a f f o r d a q u a l i t a t i v e a n d q u a n t i t a t i v e f o r e c a s t f o r g e o l o g i c a l a n o ma l o u s s t r u c t u r e ，wh i c h p r o v i d e s g e o l o g i c a l b a s i s f o r t h e t u n n e l i n g o p e r a t i o n a n d s t a b i l i t y a n a l y s i s ．B y c o mp a r i n g t h e d e t e c t i o n r e s u l t s wi t h t h e l a t e e x c a v a t i o n s i t u a t i o n o f l a ne wa y，i t c a n b e f o un d t h a t a dv a n c e d d e t e c t i o n t e c h n o l o g y o f T R T 6 0 0 0 h a s a h i g h e r s e n s i t i v i t y t o d e f e c t i v e g e o l o g i c a l c o n d i t i o n s a n d l o n g d e t e c t i o n r a n g e ．Me a n w h i l e， t h e l i m i t a t i o n s o f T R T 6 0 0 0 for d e e p l a n e wa y d e t e c t i o n a r e d i s c u s s e d，a n d s o me s u g g e s t i o n t h a t t h e s e i s mi c t o mo g r a p h y t e c h n o l o gy o f TRT 6 00 0 s h o u l d n o t i c e i n t h e a d v a n c e d d e t e c t i o n e x p e rime n t o f de e p l a n e wa y i s p o i n t e d o u t ，wh i c h p r o v i d e s r e f e r e n c e for s i mi l a r e n g i n e e rin g a p p l i c a t i o n s ． Ke y wo r d s d e f e c t i v e g e o l o g i c a l s t ruc t u r es e i s mi c t o mo g r a p h y t e c h n o l o gy ；a d v a n c e d d e t e c t i o n ；T RT 6 0 0 0 随着经济建设的快速发展 ， 我国对矿产资源的 需求也与13 俱增， 而浅层资源 日益减少， 资源开采 逐渐向深部转移 ， 深部与浅部开采 的工程环境迥 异 ， 当工作面前方存在不 良地质构造， 并与地下涌 水 、 硬岩岩爆等同时凸显时 ， 稍有不慎 ， 就会造成塌 方 、 沉 陷、 突泥、 涌水 、 人 员和 设备 伤害 等工程 事 故 ， 进而给矿 山开采带来重大灾难 和严重的经 济损失 ， 因此开展 隧道地质灾害超前探测预报 ， 不 收稿 日期 2 0 1 4 0 1 0 5 基金项目 国家自然科学基金资助项 目 5 1 1 7 4 2 2 8 ， 5 1 2 7 4 2 4 9 ； 国家博士点基金资助项目 2 0 1 2 0 1 6 2 1 1 0 0 0 9 ； 中南大学中央高校基本科研 业务费专项资金资助项 目 2 0 1 4 Z Z T S 2 6 7 通讯作者 曹平 1 9 5 9一 ， 男 ， 湖南祁东人 ， 教授 ， 博士 ， 从事复杂地质区巷道超前地质预报与岩层控制理论方面的研究 ； Em all p c a o C S U 1 2 2 铁 道 科 学 与 工 程 学 报 2 0 1 4年 6月 工程学报 ， 2 0 1 2 ， 3 1 增 1 3 2 9 83 3 2 7 ． Z HONG S h i h a n g， S UN Ho n g z h i ， U S h u c ai． De t e c t i o n a n d f o r e c a s t i n g f o r h i d d e n d a n g e r o f k a r s t f i s s u r e w a t e r a n d o t h e r g e o l o g i c a l d i s a s t e r s d u r i n g c o n s t r u c t i o n o f t u n n e l s an d u n d e r g r o u n d p r o j e e t s [ J ] ． C h i n e s e J o u r n al o f R o c k Me c h a n i c s and E n g i n e e ri n g ， 2 0 1 2 ， 3 1 S u p p ． 1 3 2 9 8 3 3 2 7 ． [ 6 ]肖书安， 吴世林． 复杂地质条件下的隧道地质超前探测 技术[ J ] ．工程地球物理学报， 2 0 0 4， 1 2 1 5 91 6 5 ． XI A O S h u a n ． W U S h i l i n ． Ge o l o g i c a l p r e d i c t i o n t e c h n i q u e f o r t u n n e l c o n s t r u c t i o n u n d e r c o mp l e x g e o l o g i c a l c o n d i t i o n s [ J ] ．C h i n e s e J o u r n a l o f E n gi n e e ri n g ， 2 0 0 4 ， 1 2 1 5 9 1 6 5 ． [ 7 ]吴俊， 毛海和， 应松， 等．地质雷达在公路隧道短期地 质超前预报中的应用[ J ] ． 岩土力学， 2 0 0 3 ， 2 4 增 1 1 5 4 1 57． WU J u n， MAO Ha i h e ， Y I NG S o n g， e t a 1 ． Ap p l i c a t i o n o f g r o u n d p r o b i n g r a d a r t o s h o r t t e r m g e o l o gi c al f o r e c a s t f o r t u n n e l c o n s t r u c t i o n [ J ] ． R o c k a n d S o i l M e c h a n i c s ， 2 0 0 3 ， 2 4 S u p p ． 1 1 5 41 5 7 ． [ 8 ]钟世航， 孙宏志 ， 王荣 ， 等．隧道掌子面前方地质预报 的现状及发展之路[ J ] ．工程地球物理学报， 2 0 0 7， 4 3 1 8 01 8 5 ． Z HONG S h i h an g ， S UN Ho n g z h i ， WANG Ro n g ， e t a l ， T h e p r e s e n t s i t u a t i o n o f t h e g e o l o g i c al p r e d i c t i o n i n f r o n t o f t u n n e l f a c e a n d i t s d e v e l o p m e n t [ J ] ． C h i n e s e J o u r n al o f E n g i n e e ri n g G e o p h y s i c s ， 2 0 0 7， 4 3 1 8 01 8 5 ． [ 9 ]吴俊， 毛海和， 应松， 等．地质雷达在公路隧道短期地 质超前预报 中的应用 [ J ] ．岩 土力学 ， 2 0 0 3 ， 2 4 增 1 1 5 41 5 7． WU J u n，MAO Ha i h e ，rI NG S o n g ， e t a1． Ap p l i c a t i o n o f g r o u n d p r o b i n g r a d a r t o s h o r t t e rm g e o l o gi c a l f o r e c a s t fo r t u n n e l c o n s t r u c t i o n [ J ] ．R o c k a n d S o i l M e c h ani c s ， 2 0 0 3 ， 2 4 S u p p ． 1 1 5 41 5 7 ． [ 1 0 ]李利平， 石少帅， 李术才 ， 等．特长深埋隧道裂隙水综 合预测方法与应用[ J ] ．地下空问与工程学报， 2 0 1 3 ， 9 3 6 0 3 6 0 9 ． L I L i p i n g， S HI S h a o s h u a ， L I S h u c a i ， e t a 1 ． Co mp r e h e n s i v e p r e d i c t i o n o f f i s s u r e w a t e r i n e x t r al o n g d e e p t u n n e l a n d i t s a p p l i c a t i o n[ J ] ．C h i n e s e J o u r n al o f U n d e r gro u n d S p a c e and E n g i n e e ri n g ， 2 0 1 3 ， 9 3 6 0 3 6 0 9 ． [ 1 1 ]刘斌 ， 李术才 ， 李树忱， 等．隧道含水构造直流电阻率 法超前探测研究[ J ] ．岩土力学 ， 2 0 0 9 ， l O 3 0 3 0 9 3 31 0 0． L I U B i n ， L I S h u c a i ，L I S h u c h e n，e t a1． S t u d y o f a d v a n c e d d e t e c t i o n o f w a t e r b e a r i n g g e o l o gi c a l s t r u c t u r e s w i t h D C r e s i s t i v i t y m e t h o d ． 『 J ] ． R o c k and S o i l Me c h a n i c s ， 2 0 0 9 ， 1 0 3 0 3 0 9 33 1 0 0 ． [ 1 2 ]王梦恕．中国隧道及地下工程修建技术[ M] ．北京 人 民交通 出版社 ， 2 0 1 0 ． W AN G Me n g s h u ．T u n n e l i n g an d u n d e r g r o u n d e n g i n e e r i n g t e c h n o l o g y i n C h i n a [ M] ． B e i j i n g C h i n a C o m m u n i c a t i o n s P r e s s， 2 01 0． [ 1 3 ]李术才， 李树忧， 张庆松 ， 等．岩溶裂隙水与不 良地质 情况超 前预报研 究 [ J ] ．岩石力 学与 工程学 报， 2 0 0 7 ， 2 7 7 1 2 9 71 3 0 7 ． L I S h u c a i ， L I S h u y o u ， Z H A N G Q i n g s o n g ， e t a 1 ． F o r e c a s t o f k a r s tf r a c t u r e d g r o u n d wa t e r an d d e f e c t i v e g e o l o g i c a l c o n d i t i o n s 『 J ] ． C h i n e s e J o u r n a l o f R o c k Me c h a n i c s a n d E n g i n e e r i n g ． 2 0 0 7， 2 7 7 I 2 9 71 3 0 7 ． [ 1 4 ]牛泽林， 谢永利， 霍润科， 等． 陆地声纳法在隧道施工 时预报断层、 溶洞的效果[ J ] ．铁道科学与工程学报 ， 2 0 1 1 ， 8 6 3 9～ 4 3 ． N I U Z e l i n ， X l E Y o n i ， H U O R u n k e ， e t a1． R e l i a b l e a n al y s i s a n d s t u d y o 13 ． 1 i n i n g s t r u c t u r e o f t u n n e l i n l o e s s a r e a s [ J ] ． J o u r n al o f R a i l w a y S c i e n c e a n d E n gi n e e r i n g ， 2 0 1 1 ， 8 6 3 9 4 3 ． [ 1 5 ]何发亮， 李苍松．隧道施工期地质超前预报技术的发 展 [ J ] ．现代隧道技术 ， 2 0 0 1 ， 3 8 3 1 21 5 ． HE Fali a ng，LI Ca ng s o n g ． The d e v e l o p me n t o f g e o l o g - i c al f o r e c a s t i n t u n n e l c o n s t r u c t i o n 『 J ] ．Mo d e rn T u n n e ． 1 i n g T e c h n o l o gy， 2 0 0 1 ， 3 8 3 1 2一 l 5 ． [ 1 6 ]郑俊杰， 梁艳， 资谊． 既有隧道改建工程 防渗检测技术 研究[ J ] ． 铁道科学与工程学报， 2 0 0 6 ， 3 2 8 3 8 6 ． Z HE N G J u n j i e ， L I A N G Y a n ， Z I Y i ． S t u d y o n i n t e c h n i q u e f o r i m p e r m e a b i l i t y o f t u n n e l r e c o n s t r u c t i o n s p e c t i o n[ J ] ． J o u rna l o f Ra i l w a y S c i e n c e an d E n g i n e e ri n g ， 2 0 0 6， 3 2 8 38 6 ． [ 1 7 ]孙怀凤， 李术才， 崔伟， 等．综合地质预报在某隧道明 洞探 测中的应用 [ J ] ． 山东大学学 报 工学版 ， 2 0 0 9 ， 3 9 4 6 97 3 ． S UN Hua i n g，LI S h uc a i ， CUI W e i ， e t a 1 ． Ap p l i c a t i o n o f c o mp r e h en s i v e g e o l o g i c a l p r e d i c t i o n i n o pe n c u t t u n ．- n e l d e t e c t i o n [ J ] ．J o u r n al o f S h a n d o n g U n i v e r s i t y E n g i n e e ri n g S c i e n c e ， 2 0 0 9 ， 3 9 4 6 97 3 ． [ 1 8 ]相兴华， 邓小鹏 ， 王鹏．T R T在隧道地质超前预报中 的应用[ J ] ． 地下空间与工程学报， 2 0 1 2 ， 8 6 1 2 8 2 1 28 6． XI AN G Xi n g h u a ， DE NG Xi a o p e n g， WANG P e n g ． A p p l i c a - t i o n o f T R T for G e o l o gi c al A d v anc e d P r e d i c t i o n i n T u n n e l C o n s t r u c t i o n [ J ] ． C h i n e s e J o u r n al o f U n d e r gro u n d S p a c e and E n gi n e e ri n g ， 2 0 1 2 ， 8 6 1 2 8 21 2 8 6 ． [ 1 9 ]WA N G R e n ， H U J i a n h u a ． A p p l i c a t i o n o f p r e s s u r e m e t e r t e s t t o e s t i ma t i n g i n t e n s i t y p a r a me t e rs i n g e o l o g i c a l e x - p l o r a t i o n f o r s u t o n g b ri d g e [ J ] ．R o c k a n d S o i l Me c h a n i c s ， 2 0 0 3 2 4 8 8 78 9 3 ．