物探預(yù)報(bào)方法

 

1. TSP超前預(yù)報(bào)技術(shù)

TSP超前預(yù)報(bào)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(bào)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(cè)技術(shù)，可以檢測(cè)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。可以在鉆爆法或TBM開挖的隧道中使用，而不必接近掌子面。數(shù)據(jù)采集時(shí)在隧道一邊側(cè)墻等間隔鉆制20余個(gè)炮孔。而在兩側(cè)壁鉆取2個(gè)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(hào)及直達(dá)波信號(hào)將被2個(gè)三分量檢波器接收，該過程所需時(shí)間約1h.然后利TSPwin軟件處理可得P波和S波波場(chǎng)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(dá)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(bào)區(qū)內(nèi)巖體物理力學(xué)參數(shù)，進(jìn)而可劃分該區(qū)圍巖工程類別。實(shí)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(jìn)行時(shí)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(duì)應(yīng)界面的空間位置和規(guī)模，再結(jié)合P波和S波的動(dòng)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(jìn)入硬巖層，負(fù)反射振幅表明進(jìn)入軟巖層；②若s波反射較P波強(qiáng)，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(dá)探測(cè)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(shí)發(fā)生反射并返回，被接收天線接收，并由主機(jī)記錄下來，形成雷剖面圖。由于電磁波在介質(zhì)中傳播時(shí)，其路徑、電磁波場(chǎng)強(qiáng)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(shí)司、幅度、頻率和波形等，通過雷達(dá)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(bào)30m的距離；當(dāng)巖石不完整或存在構(gòu)造的條件下，預(yù)報(bào)距離變小，甚至小于10m。地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)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(cè)效果就好。由該法對(duì)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(diǎn)是洞內(nèi)測(cè)試時(shí)，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(bào)的距離有限，一般以不超過30m,且要占用掌子面的工作時(shí)間。應(yīng)用地質(zhì)雷達(dá)進(jìn)行超前預(yù)報(bào)，在鉆爆法施工的隧道中使用相對(duì)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(cè)時(shí)需要占用掌子面的工作時(shí)間，故在掌子面上測(cè)試時(shí)需要停機(jī)進(jìn)行，因而TBM法施工的隧道中應(yīng)用時(shí)需作特殊處理。

3.紅外探測(cè)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(shí)，所測(cè)得的紅外場(chǎng)為正常場(chǎng)，當(dāng)存在隱伏含水構(gòu)造或有水時(shí)，它們所產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)要疊加到正常場(chǎng)上，從而使正常場(chǎng)產(chǎn)生畸變，據(jù)此判斷掌子面前方一定范圍內(nèi)有無(wú)含水構(gòu)造。現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試有兩種方法：一是在掌子面上，分上、中、下及左、中、右六條測(cè)線的交點(diǎn)測(cè)取9個(gè)數(shù)據(jù)，根據(jù)這9個(gè)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(jìn)行測(cè)試，每5m或3m測(cè)取一組數(shù)據(jù)，共測(cè)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(shì)判斷前方有無(wú)含水。子面上9個(gè)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(wú)水。紅外探測(cè)的特點(diǎn)是pj以頭現(xiàn)川隧坦全空間、方位的探測(cè)，儀器操作簡(jiǎn)單，能預(yù)測(cè)到隧道外圍空間及掘進(jìn)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(cè)試，基本不占用施工時(shí)間。但這種方法只能確定有無(wú)水，至于水量大小、賦水狀態(tài)、具體位置不能進(jìn)行定量解釋。

4．TRT超前地質(zhì)預(yù)報(bào)

TRT為真正反射層析成像的簡(jiǎn)稱，是由美國(guó)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(shí)，一部分信號(hào)被反射回來，一部分信號(hào)透射進(jìn)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(hào)被高靈敏地震信號(hào)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(bào)系統(tǒng)，具有如下優(yōu)點(diǎn)：①不使用炸藥作為激發(fā)震源，減少了對(duì)隧道本身的損壞，降低了超前預(yù)報(bào)的風(fēng)險(xiǎn)；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(duì)反射異常區(qū)域進(jìn)行識(shí)別與解釋；③在采集方式上實(shí)現(xiàn)無(wú)線數(shù)字接收地震信號(hào)，能最有效地采集地震數(shù)據(jù)。TRT超前預(yù)報(bào)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(cè)量出TRT的三維大地坐標(biāo)（精確到10cm以內(nèi)），這給預(yù)報(bào)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(hào)，但是傳感器接收到的外界干擾噪聲的能量與采集信號(hào)的靈敏高低是成正比的，如何消除干擾是有待解決的問題。