[发明专利]基于TSP系统和岩体随机不连续面三维网络的地质超前预测方法

说明书

本发明公开了一种基于TSP系统和岩体随机不连续面三维网络的地质超前预测方法，TSP系统现场采集数据，并对数据的有效性进行判别；对数据进行处理并复核，获取前方围岩三维网络模型数据，获取前期的勘探资料；划分岩体结构统计均质区和统计均质区内的不连续面优势组数；根据各组不连续面所对应的数据模拟生成不连续面空间三维网络数值模型；结合勘探资料、TSP分析结果和不连续面空间三维网络数值模型对前方岩体的稳定性进行综合超前预测。本发明以TSP的探测结果为原始数据，融合岩体随机不连续面三维网络对地下工程前方岩体稳定性进行准确预测预警，提高了预报的准确率，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。

技术领域

本发明涉及一种基于TSP系统和岩体随机不连续面三维网络的地质超前预测方法。

背景技术

我国科技水平和综合国力的不断提高，公路、铁路和城市地铁等交通工程取得了举世瞩目的成就，与此同时，也带动起地下工程的建设进入跨越式的发展轨道。一批地质条件复杂、施工技术难度大的长大隧道相继建成。目前，中国已是世界上隧道和地下工程最多、发展速度最快、地质及结构形式最复杂的国家，在建和待建的山岭隧道、地铁隧道、水底隧道、水电压力隧道等地下工程不计其数。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不稳定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。

岩体的稳定性是受岩体中不连续面的控制的。在进行岩体的稳定性分析前，首要的问题是搞清岩体的地质条件特别是不连续面在岩体中的展布特征。因为，不连续面反映了岩体不连续和不均匀的本质。然而岩体中不连续面的展布不具备有规可循的特征，它们在岩体中是随机分布的，而且其几何形态是测不准的，因此，采用统计推断和概率的方法进行研究。三维网络模拟正是建立在概率论和统计学的基础之上，它的研究对象是不连续面空间的几何特征。简化假定的不连续面几何形态，通过概率统计方法和空间解析几何等方法改正现场取样偏差，求解正确的迹长﹑大小﹑空间密度﹑产状分布等几何参数，通过蒙特-卡罗方法构筑不连续面在三维空间的组合形态，形成三维网络模型。

传统地下工程超前地质预报对现场采集到的TSP数据，通过对应的后处理软件处理，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，但并没有结合岩体随机不连续面三维网络对地下工程前方岩体的稳定性进行预测。如何在地下工程中基于TSP系统和岩体随机不连续面三维网络对岩体稳定性超前预测，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系统和岩体随机不连续面三维网络的地质超前预测方法，本发明在TSP系统基础上，以TSP的探测的前面围岩的产状信息(如倾向，倾角等)为原始数据，融合岩体随机不连续面三维网络对地下工程前方岩体稳定性进行的预测预警，准确、高效的判别前方围岩稳定性，降低由不稳定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：