基于頻率域全波形反演的隧道前方巖體波速預(yù)測(cè)方法研究.pdf

1、隨著我國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的不斷發(fā)展，我國(guó)隧道建設(shè)工程逐漸向山嶺地區(qū)轉(zhuǎn)移，出現(xiàn)一批深長(zhǎng)隧道，工程規(guī)模大、建設(shè)難度高，給施工安全帶來(lái)極大挑戰(zhàn)。在隧道等地下工程施工過(guò)程中，經(jīng)常遭遇斷層破碎帶、軟弱地層、溶洞等不良地質(zhì)，若未能提前獲知隧道沿線不良地質(zhì)的準(zhǔn)確分布情況并提前處置，在施工中易發(fā)生突水突泥、塌方等重大災(zāi)害事故，輕者導(dǎo)致機(jī)械損毀、工期延誤，重者導(dǎo)致隧道改線、人員傷亡等。因此，在隧道施工期開(kāi)展超前地質(zhì)預(yù)報(bào)提前探明掌子面前方的地質(zhì)情況，對(duì)隧道施工

2、安全和災(zāi)害防控十分重要。
　　在隧道超前地質(zhì)探測(cè)方法中，地震波法因其具有較長(zhǎng)的探測(cè)距離和對(duì)界面較好的識(shí)別效果，獲得了發(fā)展并得到了廣泛應(yīng)用，然而，受隧道狹小觀測(cè)空間等客觀困難所限，在波速獲取方面尚存在一些問(wèn)題:①有的方法震源和檢波器在同一條測(cè)線上，這種直線式觀測(cè)方式缺少隧道徑向的偏移距，難以準(zhǔn)確計(jì)算波速;②有的方法直接采用直達(dá)波波速近似替代前方巖體波速，只適用于簡(jiǎn)單地質(zhì)情況;③有的方法采用走時(shí)反演或?qū)游龀上竦姆椒?，只利用了地震波的?/p>

3、時(shí)信息，本質(zhì)上是一種高頻近似方法，在復(fù)雜地質(zhì)條件下的波速計(jì)算精度不足。
　　針對(duì)以上問(wèn)題，本文將地面地震勘探領(lǐng)域所用的頻率域全波形反演方法引入到隧道超前探測(cè)當(dāng)中，結(jié)合隧道環(huán)境的特殊性對(duì)方法進(jìn)行了相應(yīng)的調(diào)整優(yōu)化，充分利用地震波場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)信息求取更加準(zhǔn)確的波速結(jié)果，在此基礎(chǔ)上，針對(duì)隧道中較為典型的幾種不良地質(zhì)體，開(kāi)展了系統(tǒng)的正反演模擬和偏移成像研究，驗(yàn)證了本文方法的有效性及可靠性。同時(shí)，通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)得到了適用于吉林引松供水工程

4、現(xiàn)場(chǎng)的巖體波速與抗壓強(qiáng)度經(jīng)驗(yàn)關(guān)系，以巖體波速作為橋梁，為隧道地震超前預(yù)報(bào)進(jìn)行掌子面前方巖體抗壓強(qiáng)度評(píng)價(jià)提供了依據(jù)。通過(guò)本文研究，能夠?qū)崿F(xiàn)隧道掌子面前方地質(zhì)情況和巖體抗壓強(qiáng)度的超前探測(cè)，為現(xiàn)場(chǎng)施工提供指導(dǎo)，有助于工程安全高效建設(shè)的順利進(jìn)行。
　　本文的主要研究工作及成果如下:
　　(1)基于頻率域全波形反演的隧道掌子面前方巖體波速獲取方法。針對(duì)傳統(tǒng)方法對(duì)隧道掌子面前方巖體波速計(jì)算不準(zhǔn)的問(wèn)題，將地面地震勘探領(lǐng)域所用的頻率域全波形

5、反演方法引入到隧道地震超前探測(cè)當(dāng)中，結(jié)合隧道環(huán)境的特殊性對(duì)方法進(jìn)行了相應(yīng)的調(diào)整優(yōu)化，使其適用于隧道復(fù)雜環(huán)境，能夠計(jì)算得到較為準(zhǔn)確的波速結(jié)果。
　　(2)典型不良地質(zhì)體的隧道地震超前探測(cè)全波形反演及偏移成像特征。總結(jié)了隧道施工中常見(jiàn)的幾種典型不良地質(zhì)體類(lèi)型，建立了不同尺寸的巖性分界面、斷層和溶洞模型，開(kāi)展了系統(tǒng)的隧道地震波超前探測(cè)正演模擬、全波形反演及偏移成像研究，驗(yàn)證了本文方法的有效性及可靠性，并為實(shí)際工程中典型不良地質(zhì)體的探測(cè)和

6、地質(zhì)解釋提供了依據(jù)。
　　(3)基于巖體波速分布的巖體抗壓強(qiáng)度評(píng)價(jià)方法。依托吉林引松供水工程獲取了大量現(xiàn)場(chǎng)巖樣，開(kāi)展了巖樣波速和單軸抗壓強(qiáng)度室內(nèi)測(cè)試，基于已有關(guān)系模型得到了符合吉林引松供水工程現(xiàn)場(chǎng)的波速-抗壓強(qiáng)度關(guān)系，為隧道地震超前預(yù)報(bào)進(jìn)行掌子面前方巖體抗壓強(qiáng)度評(píng)價(jià)提供了依據(jù)。
　　通過(guò)本文研究，能夠?qū)崿F(xiàn)隧道掌子面前方地質(zhì)情況和巖體抗壓強(qiáng)度的超前探測(cè)，相關(guān)成果在吉林引松供水工程TBM3標(biāo)段開(kāi)展了試驗(yàn)驗(yàn)證和現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，所得結(jié)果與