物探預(yù)報方法

 

1. TSP超前預(yù)報技術(shù)

TSP超前預(yù)報系統(tǒng)是利用地震波在不均勻地質(zhì)體中產(chǎn)生的反射波特性來預(yù)報隧道掌子前方及周圍鄰近區(qū)域的地質(zhì)情況。該法屬多波多分量探測技術(shù)，可以檢測出掌子面前方巖性的變化，如不規(guī)則體、不連續(xù)面、斷層和破碎帶等?？梢栽阢@爆法或TBM開挖的隧道中使用，而不必接近掌子面。數(shù)據(jù)采集時在隧道一邊側(cè)墻等間隔鉆制20余個炮孔。而在兩側(cè)壁鉆取2個檢波器孔，使檢波器置人套管中，依次激發(fā)各炮，從掌子面前方任一阻抗差異界面反射的信號及直達波信號將被2個三分量檢波器接收，該過程所需時間約1h.然后利TSPwin軟件處理可得P波和S波波場分布規(guī)律，其分析過程為：數(shù)據(jù)調(diào)葉帶通濾波斗首波拾取—）拾取處理斗炮能量平衡丩直達波損耗系數(shù)(Q)估算斗反射波取一P波、S波分離—）速度分析—）縱向深度位置搜索斗反射界面提取等，最終顯示掌子前方與隧道軸線相交的反射同相軸及其地質(zhì)解譯的二維或三維成果圖。由相應(yīng)密度值算出預(yù)報區(qū)內(nèi)巖體物理力學(xué)參數(shù)，進而可劃分該區(qū)圍巖工程類別。實踐表明該法有效預(yù)距離為100 - 200m。

過分析反射波速度，即可進行時深轉(zhuǎn)換，由隧道軸的交角及洞面的距離來確定反射層所對應(yīng)界面的空間位置和規(guī)模，再結(jié)合P波和S波的動力學(xué)特征，遵循以下原則來推斷地質(zhì)體的性質(zhì)：①正反射振幅表明進入硬巖層，負(fù)反射振幅表明進入軟巖層；②若s波反射較P波強，則表明巖層飽水；③vP/vs增大或泊松比突然增大，常常是由流體的存在而起的；④若uP下降，則表明裂隙或孔隙度增加。

2．地質(zhì)雷達探測技術(shù)

用高頻電磁波以寬頻帶短脈沖的形式，由掌子面通過發(fā)射天線向前發(fā)射，當(dāng)遇到異地質(zhì)體或介質(zhì)分界面時發(fā)生反射并返回，被接收天線接收，并由主機記錄下來，形成雷剖面圖。由于電磁波在介質(zhì)中傳播時，其路徑、電磁波場強度以及波形將隨所通過介質(zhì)電磁特性及其幾何形態(tài)而發(fā)生變化，因此，根據(jù)接收到的電磁波特征，即波的旅行時司、幅度、頻率和波形等，通過雷達圖像的處理和分析，可確定掌子面前方界面或目標(biāo)體空間位置或結(jié)構(gòu)特征。當(dāng)前方巖體完整的情況下，可以預(yù)報30m的距離；當(dāng)巖石不完整或存在構(gòu)造的條件下，預(yù)報距離變小，甚至小于10m。地質(zhì)雷達探測的效果主要取決于之同介質(zhì)的電性差異，即介電常數(shù)，若介質(zhì)之間的介電常數(shù)差異大，則探測效果就好。由該法對空洞、水體等的反映較靈敏，因而在巖溶地區(qū)用得較普遍。缺點是洞內(nèi)測試時，由于受干擾因素較多，往往造成假異常，形成誤判。此外，它預(yù)報的距離有限，一般以不超過30m,且要占用掌子面的工作時間。應(yīng)用地質(zhì)雷達進行超前預(yù)報，在鉆爆法施工的隧道中使用相對較多，如太平驛水電站引水隧道、海南高速公路東線大茅隧道等工程中應(yīng)用，均取得了較好的應(yīng)用效果。由于探測時需要占用掌子面的工作時間，故在掌子面上測試時需要停機進行，因而TBM法施工的隧道中應(yīng)用時需作特殊處理。

3.紅外探測技術(shù)

由于所有物體都發(fā)射出不可見的紅外線能量，該能量大小與物體的發(fā)射率成正比。而發(fā)射率的大小取決于物體的物質(zhì)和它的表面狀況。當(dāng)掌子面前方及周邊介質(zhì)單一時，所測得的紅外場為正常場，當(dāng)存在隱伏含水構(gòu)造或有水時，它們所產(chǎn)生的場強要疊加到正常場上，從而使正常場產(chǎn)生畸變，據(jù)此判斷掌子面前方一定范圍內(nèi)有無含水構(gòu)造?，F(xiàn)場測試有兩種方法：一是在掌子面上，分上、中、下及左、中、右六條測線的交點測取9個數(shù)據(jù)，根據(jù)這9個數(shù)據(jù)之間的最大差值來判斷是否有水；二是在已挖洞段按左邊、拱部、右邊墻的順序進行測試，每5m或3m測取一組數(shù)據(jù)，共測取50m或30m，并繪制相應(yīng)的紅外輻射曲線，根據(jù)曲線的趨勢判斷前方有無含水。子面上9個數(shù)據(jù)的最大差值大于10 p.W/cm2，就可以判定有水；紅外輻射曲線上升下降均可以判定有水，其他情況判定無水。紅外探測的特點是pj以頭現(xiàn)川隧坦全空間、方位的探測，儀器操作簡單，能預(yù)測到隧道外圍空間及掘進前方30m范圍內(nèi)是否存在伏水體或含水構(gòu)造，而且可利用施工間歇期測試，基本不占用施工時間。但這種方法只能確定有無水，至于水量大小、賦水狀態(tài)、具體位置不能進行定量解釋。

4．TRT超前地質(zhì)預(yù)報

TRT為真正反射層析成像的簡稱，是由美國NSA工程公司提出的一種方法。TRT從質(zhì)上說仍為彈性波方法，其技術(shù)原理在于當(dāng)?shù)卣鸩ㄓ龅讲ㄗ杩共町悾芏群筒ㄋ俚某朔e）界面時，一部分信號被反射回來，一部分信號透射進入前方介質(zhì)。波阻抗的變化通曾發(fā)生在地質(zhì)巖層界面或巖體內(nèi)不連續(xù)界面。反射的地震信號被高靈敏地震信號傳感器接收，通過分析，被用來了解隧道工作面前方地質(zhì)體的性質(zhì)（軟弱帶、破碎帶、斷層、含水等）、位置及規(guī)模。TRT作為一種新型的隧道地質(zhì)超前預(yù)報系統(tǒng)，具有如下優(yōu)點：①不使用炸藥作為激發(fā)震源，減少了對隧道本身的損壞，降低了超前預(yù)報的風(fēng)險；②采用三維數(shù)據(jù)處理，能清楚直觀地反映地質(zhì)體異常情況，能更有效地對反射異常區(qū)域進行識別與解釋；③在采集方式上實現(xiàn)無線數(shù)字接收地震信號，能最有效地采集地震數(shù)據(jù)。TRT超前預(yù)報系統(tǒng)也存在一些問題。TRT系統(tǒng)要在三維空間內(nèi)布置傳感器，必須使用升降設(shè)備將傳感器安裝在隧道的拱、拱腰等位置，且必須測量出TRT的三維大地坐標(biāo)（精確到10cm以內(nèi)），這給預(yù)報作業(yè)上又增加一定的難度。另外，TRT采用錘擊震源激發(fā)地震波，只有其傳感器靈敏度高，能更好地接受地震波信號，但是傳感器接收到的外界干擾噪聲的能量與采集信號的靈敏高低是成正比的，如何消除干擾是有待解決的問題。