[发明专利]一种基于机械能无损检测隧道地质超前预报方法

说明书

技术领域

 本发明涉及隧道地质超前预报技术领域，具体是指一种基于机械能无损检测隧道地质超前预报方法。利用本方法可在衬砌无破坏的前提下，利用稳定可控安全的机械能量来激发地震波，并通过合理布置激发点和接收点位置使地震反射波在第一时间到达接收孔，从而减少杂波干扰，提高预报准确性，最终达到隧道地质超前预报的无损效果。

背景技术

 随着基础设施投资建设的不断加强，我国将于几十年内在铁路公路交通、水利水电、能源矿山、市政工程以及其他领域修建大量的隧道(洞)工程。据预测，2008～2020 年，仅铁路领域新建隧道将达到 10000 km，我国已成为世界上隧道修建规模和难度最大的国家（参见李术才, 刘斌, 孙怀凤等. 隧道施工超前地质预报研究现状及发展趋势[J]. 岩石力学与工程学报, 2014, 33(6):1090-1113.）。随着隧道数量的大幅度增多，长度的明显增加，规模的不断扩大，隧道安全事故有增无减，突泥涌水、坍塌、冒顶等隧道地质病害给国家及施工单位造成了巨大的经济损失。因此，如何探明隧道掌子在前方的地质状况，有效避免隧道地质病害，是隧道工程一项重要任务和需要解决的技术难题。在隧道工程的勘察设计阶段，已经投入大量的地质勘察工作，但是由于工程地质条件的复杂性以及时间、经费等条件的限制，勘察阶段的地质资料一般难于达到施工阶段的精度要求。现行行业要求规定（如铁建设[2008]105号，铁路隧道超前地质预报技术指南[S].中华人民共和国行业标准），任何隧道掘进前都必须进行隧道地质超前预报，其重要性显而易见。因此，在隧道施工中进行隧道地质超前预报是必需的，是隧道施工不可缺的重要工序，是隧道等洞室工程安全施工的指导书。隧道地质超前预报是利用钻探、地质调查、物理探测等手段探明正在开挖的隧道掌子面前方一定范围内的围岩地质状况。目的是探明隧道掌子面前方存在的地质构造破碎带、软弱带、节理裂隙发育带、岩溶发育带、不同岩性接触带等地质病害的规模、位置及状态。根据探测的结果，为隧道掘进及支护提前选择正确的开挖支护方案提供依据，以指导施工，节约成本，杜绝事故的发生（参见叶英. 隧道施工超前地质预报[M]. 北京：人民交通出版社, 2011）。

当前，物理探测技术因其探测成本低、时间短、灵活方便、占用空间资源少等特点，是隧道地质超前预报主要采用的检测技术。地质超前预报的物探技术主要有地震波、高密度电、电磁波等多种技术。在众多隧道超前预报方法中，地震波法隧道超前探测技术精度高，探测距离远，技术方法也相对比较成熟（参见杜立志. 隧道施工地质地震波法超前探测技术研究[D]. 吉林大学博士学位论文, 2008）。地震波隧道地质超前预报法（TSP）是利用地震波的体波、反射波等进行隧道地质超前预报的，其工作原理是：在隧道左边墙或右边墙上以排列方式用等量炸药激发地震波，地震波在向三维空间传播的过程中，遇到声阻抗界面，即地质岩性变化的界面、构造破碎带、岩溶和岩溶发育带等，会产生弹性波的反射现象，这种反射波被布置在隧道围岩内的检波装置接收下来，输入到仪器中进行信号的放大、数字采集和处理，实现拾取掌子面前方岩体中的反射波信息，达到预报的目的。常规TSP技术的应用仅有十余年的历史，是一个正在发展的技术，对技术的研究还不够深入，现场检测与理论研究上还存在一定差距。随着该技术的应用，其自身的不足已经凸显，如：成本高、破坏衬砌、工序繁锁、使用炸药不安全、占用的时间长、占用空间资源大、影响施工、“抗测”行为严重、数据存在干扰等问题，这些都是迫切需要深入研究和创新的。

发明内容

针对上述问题，为在隧道地质超前预报中实现既能节约成本又能提高安全系数、简化操作规程、保护衬砌质量、最大程度提高预报结果的准确性。本发明的目的旨在提供一种基于机械能无损检测隧道地质超前预报方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现：

一种基于机械能无损检测隧道地质超前预报方法，其特征在于，在隧道掌子面6及其四周2米深的未开挖围岩1范围内布置地震波接收点4，在其后已开挖段3的范围内一定距离的隧道底板轴线或与其平行的隧道底板上依次布置地震波激发点5，每个激发点位置布置垫板；在地震波接收点4钻孔后，孔底内布置检波器，检波器通过信号传输线与地震波采集仪器相连，在机械激发装置上安装触发装置，并用信号传输线将触发装置与采集仪器相连。

上述激发点数目为12~24个，激发点之间距离为0.2-1.5m；

上述激发点垫板尺寸为15cm×15cm×2cm；

上述激发装置为金属锤，激发锤重量为18磅；