[发明专利]双线隧道微震监测系统及其定位精度评估方法

说明书

本发明公开了双线隧道微震监测系统及其定位精度评估方法，所述微震监测系统包括超前微震监测阵列、滞后微震监测阵列、数据采集设备和数据处理设备，通过分别在双线隧道的超前隧道和滞后隧道上布设包括微震监测断面在内的微震监测阵列，并将微震监测断面内的微震监测传感器通过数据采集设备集中至数据处理设备进行微震监测定位；并且还提供了上述双线隧道微震监测系统的定位精度评估方法。本发明有效利用双线深埋隧道本身的特点，提高微震监测的定位精度，并合理评估该系统定位精度的可靠性。

技术领域

本发明属于微震监测领域，涉及一种双线隧道微震监测系统及其定位精度评估方法，尤其涉及一种适用于铁路、高速公路双线深埋隧道的微震监测系统及其定位精度评估方法。

背景技术

岩体在外界扰动的影响下，内部会产生微裂隙并以弹性波的形式释放应变能，微裂隙不断发育伴随着弹性波在岩体内迅速传播与释放，这种弹性波被称之为微震。微震监测技术就是基于弹性波的解译来分析岩体内部微裂纹扩展以及岩体稳定性的监测方法。

随着我国西部重大工程项目的不断投入和建设，如“川藏高速公路”、“川藏铁路”等，伴随产生了众多的地下工程及隧道工程。受到西部地区特殊地形地貌和地质构造的影响，这些重大工程建设项目往往呈现“深埋长大”的特点。深埋隧道工程中伴随的灾害，例如岩爆，成因机理的复杂性促进了监测预警的研究，微震监测作为岩体微破裂的空间监测技术在地下工程岩爆预警上起到了重要作用。微地震源的准确定位是实现微震监测技术可行性的基础和关键，并可用于判断岩体内破裂网络的发育及分布。

然而由于深埋隧道工程的线状分布特点和施工环境各类因素的干扰，震源定位精度常不得保障。这主要可以归咎为三方面的原因：首先，在深埋隧道掘进中，例如钻爆法，受到开挖及动力扰动影响的微震事件主要发生在隧道掌子面附近，因此布设于掌子面后方的传感器阵列很难形成针对前方微震事件的良好定位空间，即呈现非包围式的传感器阵列；其次，微震波的传播路径穿越隧道挖空段并发生改变，尤以高频微震波信号在洞壁表面发生大幅反射或衰减，这需要在定位方法中采用合适的波速模型或波速优化手段，否则将造成定位结果的误差；再次，隧道施工存在各类环境噪音及干扰波形，如无法有效滤除则会引入微震波拾取到时的误差。

在露天矿边坡、地下矿道或煤层气开采等工程中，微震传感器阵列的布设相对固定(不需要高频次的轮换或移动)，并且具有较自由的空间来调整阵列布设方式从而较好的包围目标监测范围。然而，非包围式的阵列布设却很难在深埋隧道工程中调整或避免，针对此问题前人提出使用三轴传感器及相应定位方法改良非包围式阵列，但在隧道工程中由于微震事件的近场特点造成了拾取P波和S波很难在采集通道上进行区分，三轴定位方法的有效性也受到限制。因此“深埋隧道围岩”这一特殊对象为震源定位方法及精度带来了挑战，前人针对深埋隧洞工程传感器阵列布设进行过一些研究和介绍，主要分为两方面：一、调整传感器阵列在隧道轴线方位的布设或调整监测断面中传感器的相对位置(揭秉辉，赵周能，陈炳瑞，等.基于微震监测技术的深埋长达隧洞群岩爆时空分布规律分析)；二、利用双线隧道特点，布设双洞阵列并进行左右洞的相互监测(黄满斌.深埋隧道岩爆机理与微震监测预警初探)。然而，却鲜有研究或文献涉及深埋隧洞工程传感器阵列布设的评估方法或确定针对铁路或高速公路深埋双线隧道布设的微震监测阵列，但在实际中这类工程数量庞大。

因此，若有一种针对铁路、高速公路双线深埋隧道的微震监测系统及其定位精度评估方法是非常有意义的。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种适用于铁路、高速公路双线深埋隧道的微震监测系统及其定位精度评估方法，将有效利用双线深埋隧道本身的特点，提高微震监测的定位精度，并合理评估该系统定位精度的可靠性。

为实现上述目的，本发明是采用由以下技术措施构成的技术方案来实现的。