隧道岩溶段超前方向及侧方位地震探测应用研究.pdf

黄成,周凯,何刚,等. 隧道岩溶段超前方向及侧方位地震探测应用研究[J]. 矿业安全与环保,2016,43583-86. 文章编号1008-4495201605-0083-04 隧道岩溶段超前方向及侧方位地震探测应用研究 黄摇 成1,周摇 凯1,何摇 刚2,罗摇 昊2,王摇 耀2 1. 中国建筑第五工程局有限公司,湖南 长沙 410083; 2. 中煤科工集团重庆研究院有限公司,重庆 400039 摘要在隧道地震波探测中,利用 子籽 变换对地震资料波场进行分离,再分别对超前方向和侧方 位的波场进行偏移成像处理,实现了利用一次采集的地震资料同时对超前方向和侧方位复杂地质体的 探测。 应用该方法对重庆某山岭隧道岩溶段进行了探测,超前探测结果与揭露情况基本吻合,侧方位 探测到了充水的岩溶空腔。 说明该方法可以探测隧道岩溶段、采空区段等复杂地质体,能够提供更多 的隧道工程建设的地质信息。 关键词复杂地质体;超前探测;侧方位探测;子籽 变换 中图分类号P631摇 摇 摇 文献标志码B摇 摇 摇 网络出版时间2016-09-29 0859 网络出版地址http/ / www. cnki. net/ kcms/ detail/50. 1062. TD. 20160929. 0859. 040. html Application of Advanced and Lateral Seismic Detection in Karst Section of Tunnel HUANG Cheng1, ZHOU Kai1, HE Gang2, LUO Hao2, WANG Yao2 1. China Construction Fifth Engineering Bureau Co. , Ltd. , Changsha 410083, China; 2. China Coal Technology and Engineering Group Chongqing Research Institute, Chongqing 400039,China Abstract In the tunnel seismic wave detection, the seismic data field was separated by using the 子-籽 transation, then the migration imaging processing was made on both the advance and lateral seismic wave fields, and the seismic detection of the complicated geologic bodies in the advance and lateral directions was simultaneously conducted by using one-time collection seismic data. With this , detection was carried on the karst section of a mountain tunnel in Chongqing, The advanced detection results basically tallied with those obtained by excavation, and the water-filled karst cavities in the lateral direction were detected. The results showed that this could be used to detect the karst sections in the tunnel and the complicated geologic bodies in the gob area, and it could provide more significant geologic ination for tunnel construction. Keywords complicated geologic body; advanced detection; lateral detection; 子-籽 transation 收稿日期2016-03-03;2016-05-09 修订 基金项目湖南省住房和城乡建设厅省级工程建设新技 术研发及软科学研究计划项目KY201543 作者简介黄摇 成1974,男,湖南岳阳人,本科,高级 工程师,主要从事隧道及地下工程的研究工作。 E-mail 183035859 qq. com。 摇 摇 “十三五冶时期,我国的隧道建设将进入高峰期。 在隧道建设过程中,经常会遇到地下水、地热异常、 岩溶发育、煤层及采空区、瓦斯、断层、高地应力等各 种复杂地质条件[1-3],这无疑给安全快速掘进制造 了障碍。 地震波反射法作为物探方法的一种,能够 确定断层、软弱破碎带、岩溶和含水层等地质体,并 以其具有探测距离长通常超过 100 m、分辨率高、 适用性好、操作简单等优点,确保隧道的安全快速 掘进。 隧道地震波反射预报技术形式多样,现阶段以 瑞士 Amberg 的 TSP 技术应用最为普遍。 TSP 的预 报效果主要受地质条件、准备工作和解译水平等因 素的限制。 针对地质条件和准备工作方面的研究, 不少学者已取得了较好的成果,如何刚等[4]通过改 进数据采集系统,冯永等[5]通过优化探测方案,都有 效地提高了预报精度。 张霄等[6]指出了加深接收杆 锚固深度和密实度对消除瑞雷波干扰的必要性。 而 在 TSP 成果解译方面,研究更为深入。 在解译工作 中,波速通常作为划分围岩等级最主要的指标[7],综 合泊松比、弹性模量、纵横波比值、密度、拉梅系数、 体积模量和切变模量等参数,可对围岩情况进行精 确的判断[8-10]。 另外,深度偏移图也是地震预报判 断的主要依据。 许振浩等[11]采用波动理论的深度 38 第 43 卷摇 第 5 期 2016 年 10 月 摇 摇 摇 摇摇 摇摇 矿业安全与环保 MINING SAFETY 令 m子,p为 子p 域中的倾斜叠加信号; 子t-px 为截距时间,p dt/ dx 1/ v 为t,x域中 直线斜率,因其为视速度 v 的倒数,又称为慢速,对 于连续排列,dt,x和 m子,p在 子p 正反变换的 关系式为[12] m子,p 乙 肄 -肄 dt 子 px,xdx1 dt,x 乙 肄 -肄 m子 t - px,pdp2 对于 TSP 的 tx 域的地震记录,直达波和来自 隧道开挖前方的反射波的时距关系为直线关系,而 来自侧面的反射波一般为双曲线关系,在 子籽 域 中,tx 域中的直线关系在 子籽 域中变换为强能量 点,其坐标为直线的时间截距和斜率,而双曲线关系 在 子籽 域中变换为发散的椭圆曲线。 因此,通过 子籽 变换,根据超前方向和侧方位地震记录的子,p 参数特征,可将在t,x域中混叠的地震波记录分 离,在消除不需要的波场和干扰波场信息后,通过反 48 Vol郾 43 No郾 5 Oct郾 2016 摇 摇 摇 摇摇 摇摇 摇 摇 矿业安全与环保 MINING SAFETY 另外一个异常区内波阻抗较 强,波形也比较混乱,该区域为 K2 550郾 5 K2 546,深度为 35 40 m,推断此处存在一个小规模充 水溶腔。 图 3摇 侧帮探测成果图 58 第 43 卷摇 第 5 期 2016 年 10 月 摇 摇 摇 摇摇 摇摇 矿业安全与环保 MINING SAFETY ENVIRONMENTAL PROTECTION摇 摇 摇 摇 摇摇 摇 摇 摇 Vol郾 43 No郾 5 Oct郾 2016 所推测的小型充水溶腔位置与地勘资料中给出 的溶洞里程位置基本一致,但溶腔规模要小一些,见 图 4。 图 4摇 侧方位探测区地质剖面图 4摇 结论 1利用 子籽 变换可以有效分离超前方向和侧 方位的地震波场,实现一次地震探测同时获得超前 方向和部分侧方位区域的地震数据。 2利用波动理论的深度偏移成像,结合地震探 测所得的围岩物理参数和现有地质资料,可以较好 地进行地震地质解释和预报。 3本地震观测系统在隧道岩溶段和其他复杂地 质段,同时进行超前方向和侧方位探测是可行的,且 较为方便,对隧道建设参数的调整具有较明显的指 导作用。 但由于本观测系统的局限,隧道洞身侧方 位探测长度较短,现只能根据已掘进段异常区确定 侧方位探测范围,设计观测系统,探测范围明显受 限。 下一步研究中,重点是根据探测需要重新优化 设计地震观测系统,扩大探测覆盖范围,以提供更多 更有效的参考数据。 参考文献 [1] 李国良. 兰渝铁路特殊复杂地质隧道建设难点及对策[J]. 现代隧道技术,2015,52510-15. 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