[发明专利]一种在隧道中用弹性波反射法时测取掌子面前方岩体波速的方法

说明书

技术领域

一种在隧道中用弹性波反射法时测取掌子面前方岩体波速的方法，本发明涉及在隧道和其它地下工程掌子面探查前方地质时测取前方岩体波速的方法，属工程地质勘查技术领域。

背景技术

目前投入使用的探测隧道掌子面前方地质的方法中，属于反射类的方法有地震反射负视速度法(隧道VSP)、瑞士的TSP、日本的HSP、陆地声纳等弹性波反射类方法，以及探地雷达等电磁类方法。它们均是通过测量地质体的反射面的反射时间t和岩体波速V求取反射体空间位置：

距离L＝Vt/2

其中L-距离(米)，

V-岩体波速(米/秒)，

t-反射时间(秒)。

但是，岩体波速测定，目前仍存在难题。以弹性波反射类方法为例，都是通过在掌子面后面边墙或隧道底部等其它部位设测线，用一点激震、多点接收或一点接收、多点激震的方式测得直达波或岩体内部松弛带与压密区等界面的折射波，测得第一层岩体波速。当反射面与掌子面平行时，可在隧道侧墙或隧道底部等设测线，在距掌子面远端设激震点，近端设若干检波点，用一点激震，多点接收方式，可以测出第二层，第三层等岩体的波速。但当反射面不平行掌子面(反射面不垂直测线)时，因为反射面的产状不知道，而是要根据波速及其它参数求取的，故尚不能实测岩体波速。专利申请2010102666019给出了一种知道波速后根据掌子面上设的一条水平测线、一条测铅垂向测线，根据测线上测点测得的反射波反射时间求取地质体反射面空间位置的方法，但该专利申请未涉及如何测取波速的技术。

发明内容

本发明的目的是为克服上述缺点而提供一种测取掌子面前方岩体弹性波速的方法。

本发明的技术方案是：在掌子面上设定一条水平和一条铅垂且相互交叉的测线，在测线上每隔20～40cm间距设一测点，采用5～40cm震-检距用锤击激震测出各测点时间曲线，然后将一条测线各测点的时间曲线汇成时间剖面，在时间剖面上得到测点对反射面的反射时间。在掌子面后方边墙或隧道底或拱部等部位设一测线，在测线上设4～8个测点，点间距为20～40cm，震-检距为5～40cm，测得时间曲线并汇成时间剖面，在时间剖面上确定与掌子面得到的时间剖面上相同的反射面，并得到测点对反射面的反射时间。

在测量纵波波速时，掌子面上的测点用纵波检波器测量沿隧道纵向运动质点的振动，在测量横波波速时用横波检波器测量垂直隧道纵向运动的质点的振动。在边墙或隧道底部、拱部等部位的测点，则要向掌子面方向锤击激震，并用定向的检波器接收来自掌子面方向的反射波，测得各测点对反射面的实测反射时间，得到其时间曲线。在边墙或隧道底部、拱部施测的方法是：在激震点处钻深10～20cm的小孔，孔径略大于所用钢筋的的直径，孔中插入钢筋，向掌子面方向锤击钢筋激震。

用假设岩体波速的方法，根据掌子面上的测点测得的各测点对反射面的反射时间，按专利申请2010102666019提供的方法，求出虚拟的反射面的空间位置，然后计算边墙测点在假设的波速情况下对虚拟的反射面的反射时间，与实测反射时间比较，得到实测反射时间与虚拟反射时间的差值。假设多个波速，得到多个实测反射时间与虚拟反射时间的差值，绘出差值-波速曲线，则差值为零的点即为实际波速。或将反射时间的差值取绝对值后绘|差值|-波速曲线，曲线极小值点对应的波速即为实际波速。

附图说明：

图1为在隧道掌子面上布置一条水平测线和一条铅垂向的测线示意图。

图中：M-隧道掌子面，A-水平测线，B-铅垂向的测线，

1、2…14和I、II…VII-测点号。

图2为在隧道边墙布置的测点及其向掌子面前方反射面的入射、反射射线示意图。

图中：M-隧道掌子面，b-隧道边墙，(1)、(2)、(3)、(4)-测点号，

S-入射及反射射线，S′-入射及反射射线，

面₁-反射面1，面₂-反射面2。

图3为一张实测的时间剖面图。

图中：①、②、③、④、⑤-分别为1～5反射面反射波同相轴。

图4为用以确定V₀的|Δt|-V曲线示意图。

图中：V-所假设的波速值，|Δt|-反射时间差值的绝对值，

V₀-所求出的实际波速值

min|Δt|-|Δt|的极小点，它所对应的V值，即为V₀。

图5为用以确定V₀的Δt-V曲线示意图。