[发明专利]基于TSP系统和块体理论的地下工程病态块体超前预测方法

说明书

本发明公开了一种基于TSP系统和块体理论的地下工程病态块体超前预测方法，包括TSP系统现场采集数据，并对数据的有效性进行判别，删除无效数据；对TSP探测的数据进行处理，获取掌子面前方岩体结构面的三维显示图，定位掌子面前方可能发育病态块体的结构面组以及结构面组产状提取；将提取的结构面组的产状数据输入运用块体理论分析结构面组和隧道临空面形成的不稳定块体的位置，并判断形成的病态块体的稳定性；结合勘探资料以及两种分析结果对掌子面前方病态块体进行综合超前预测。

技术领域

本发明涉及一种基于TSP系统和块体理论的地下工程病态块体超前预测方法。

背景技术

我国地下工程、水电站等地下工程的数量越来越多。在地下工程开挖工程中，由于岩体被结构面切割成大小不同、形状不一的各种岩块，随着地下工程的持续开挖，围岩原有的静力平衡状态被打破，某些暴露在临空面上的病态块体会沿着软弱结构面滑移并导致局部掉块，严重的甚至产生连锁反应，在地下工程一定范围内造成围岩的局部坍塌、失稳，严重影响工程进度，人员、设备的安全。因此，为了保证地下工程施工安全，提高工程建设的效率，地下工程中病态块体的超前地质探测更显重要。

目前，TSP超前地质预报系统采用地震波反射原理，操作简单，能长距离地预报地下工程掌子面前方的地质情况。通过在掘进面后方一定距离内的钻孔中施以微型爆破来发射信号，爆破引发的地震波在岩体中以球面的形式向四周传播，其中一部分向地下工程掌子面前方传播，当地震波遇到岩石波阻抗差异界面(如断层、破碎带、岩性变化、溶洞和地下水等)时，部分地震信号反射回来，反射信号经接收传感器转换成电信号并放大，对反射信号进行相应的计算就可确定不良地质体相关参数。

块体理论是基于岩体为含有大量结构面的岩石所组成的结构体提出的，其是一种结构分析方法，是借助于拓扑学，集合论，几何学和矢量代数学建立的，其基本假定为：①结构面为平面；②不考虑岩石块体本身的强度破坏；③结构体为刚体；④岩体的失稳是岩体在各种荷载作用下沿着结构面产生剪切滑移。可视化块体稳定性分析程序UNWEDGE，是由加拿大多伦多大学E.Hock等开发的，是基于块体理论编制的，适合于岩体洞室的开挖稳定性分析。它假定结构面切割形成的块体为四面体(主要的块体形式)，即由三组结构面和临空面组成，并将结构体视为刚体。其程序假定条件来自于块体理论的假设依据，该程序采用稳定性系数来表示块体稳定性。

TSP超前地质预报系统对现场采集到的TSP数据，通过后处理软件进行处理，可获得P，SH和SV波的时间剖面、深度偏移剖面、提取的反射层、岩石物理力学参数、各反射层能量大小等成果，对获得的成果进行解译，可以预测前方的软弱带、破碎带、断层、含水情况等。TSP系统虽然在地下工程超前预报中广泛应用，但并没有结合块体理论对地下工程掌子面前方病态块体进行预测。如何在地下工程中采用TSP系统和块体理论对地下工程掌子面前方的病态块体进行超前预测，是目前亟待解决的一个技术难题。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种基于TSP系统和块体理论的地下工程病态块体超前预测方法，本发明在TSP系统基础上，以TSP的探测结果为原始数据，融合块体理论对地下工程掌子面前方病态块体进行准确的预测预警，准确、高效的判别前方围岩情况，降低由病态块体引发的隧道塌方失稳灾害的概率，有力的指导地下工程的现场施工，保障工程一线的施工安全。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于TSP系统和块体理论的地下工程病态块体超前预测方法，包括以下步骤：

(1)TSP系统现场采集数据，并对数据的有效性进行判别，删除无效数据；

(2)对TSP探测的数据进行处理，获取掌子面前方岩体结构面的三维显示图，定位掌子面前方可能发育病态块体的结构面组以及结构面组产状提取；

(3)将提取的结构面组的产状数据输入运用块体理论分析结构面组和隧道临空面形成的不稳定块体的位置，并判断形成的病态块体的稳定性；