[发明专利]一种高精度相控阵弹性波隧道三维地质超前预报方法

说明书

本发明提供一种高精度相控阵弹性波隧道三维地质超前预报方法，包括：从原点O沿射线v_uvk方向，依次选取n个激发子点，分别表示为：S₁,S₂,...,S_n；冲击震源在原点O激发后，经过延迟时间τ′₁后，在激发子点S₁进行激发；在激发子点S₁激发后，经过延迟时间τ′₂后，在激发子点S₂进行激发；依此类推，在激发子点S_n‑1激发后，经过延迟时间τ′_n后，在激发子点S_n进行激发。本发明提出一种高精度相控阵弹性波隧道三维地质超前预报方法，采用错位延时叠加技术实现了地震波束的三维空间扫描，并采用伪随机编码叠加实现了直接针对发射信号的噪声的压制，增加了该方法的探测深度，提高了信噪比，能够实现对掌子面前方及周边区域进行长距离三维地质超前预报。

技术领域

本发明属于隧道超前地质预报技术领域，具体涉及一种高精度相控阵弹性波隧道三维地质超前预报方法。

背景技术

随着我国交通建设大发展时期的到来，公路、铁路等工程项目建设数量猛增。目前我国交通基础设施建设的重心逐步向西部复杂地质、地形区域转移，隧道工程的占比将逐渐增大，“多、长、大、深”已经成为隧道发展的总趋势。隧道工程最大的风险来源于地质情况不明，隧道前方以及周边的断层破碎带、岩溶空腔、含水体等不良地质体容易在隧道施工中造成塌方、突水突泥等地质灾害，这会对隧道工程的施工安全造成巨大威胁，尤其在复杂地质条件下隧道工程发生突发性地质灾害的风险极大，灾害一旦发生，轻则延缓施工进度，重则威胁施工人员安全。因此，隧道地质超前预报是隧道施工中必不可少的重要环节。

在隧道地质超前预报技术高速发展的带动之下，传统的探测方法如超前钻孔探测、超前导坑等方法，属于破坏性方法，工作量大且浪费时间，获得的数据仅限于隧道掌子面前方，不符合工程施工效率的要求以及在复杂地质环境下对隧道周边范围地质隐患探查的要求。因此，利用弹性波反射原理的地震勘探方法在隧道地质超前预报中得到了较好的应用和发展，其具有探测范围广、深度大、操作方便快捷等特点，是目前隧道施工中主要应用的一种地质超前预报方法。

然而目前的地震地质超前预报方法仍存在以下问题亟待改进：

(1)震源的优化

目前隧道地震地质超前预报多采用爆炸震源或锤击震源，爆炸震源需要在隧道侧壁钻孔进行布置，深度一般需要1.5～2m，爆炸源一般采用电雷管+防水乳化炸药。这种方法本质上仍没有脱离破坏性方法的范畴，因此效率较低，如图1，为TSP探测原理示意图。而锤击震源虽然不用打孔，但是能量较弱，频带范围较窄，导致接收信号不清晰，有效信息容易湮没在噪声中。爆炸震源和锤击震源的相关参数对比可见表1。

表1爆炸震源和锤击震源的参数对比