[发明专利]一种高应力硬岩TBM施工隧道微震波速实时获取方法

说明书

技术领域

本发明涉及施工隧道微震监测技术，具体涉及一种高应力硬岩TBM施工隧道微震波速实时获取方法，适用于各种水利水电、交通等高应力硬岩TBM施工隧道。

背景技术

微震是指岩体应力超过自身强度时，岩体内部产生裂纹错动、开裂和破坏，累积的能量以弹性波形式释放而在岩体中产生的微震动。微震定位技术是利用微震监测系统采集微震动信号，通过反演获取微震源的位置和发震时间。微震波速直接影响微震定位准确性与精度，进而影响微震监测效果。在TBM掘进隧道中，不同洞段岩体性质与结构将不一样，微震波速将会不同，需要实时动态获取微震波速。

目前，获取微震波速的方法主要有现场勘探和室内试验法，现场勘探主要指的是通过现场定位爆破反演获取波速，室内试验法指在室内通过对岩块试样进行声波试验而获取岩块的波速。在高应力硬岩隧道TBM掘进过程中，微震源一般发生在开挖掌子面及其附近，为了反映微震波真实传播路径，现场勘探法需要在掌子面附近进行定位爆破。但受TBM操作空间以及放炮容易对TBM设备造成损坏的限制，定位爆破反演波速是不可取的。而室内声波试验中所用的岩块并不能代表现场岩体的性质，将所测试的波速作为微震波速用于微震监测必然造成较大的定位误差。另外，以上方法均在一定程度上造成人力物力耗费，而其他方法也难以实时准确获取高应力硬岩TBM施工隧道微震波速。其中，中国专利公开号CN102096093A，公开日2011.06.15，发明名称“一种利用微震点作为震源计算矿区地震波传播速度的方法”，该申请案公开了一种针对矿区地震波传播速度方法，根据多个预定传感器测得的微震点产生的地震波时间确定微震点的坐标估计值，由于微震点坐标估计值精度不高，因此对所获取的地震波传播速度存在一定影响。文献《岩土力学》，2011年第10期，肖亚勋，“深埋隧洞极强岩爆段隧道掘进机半导洞掘进岩爆风险研究”，该文献利用典型岩爆触发的“大事件”来获取波速，未提供技术方案，也未见专文撰述。

发明内容

针对上述存在问题，本发明的目的在于提供一种高应力硬岩TBM施工隧道微震波速实时获取方法，用于解决TBM施工隧道微震监测定位中波速难以实时准确获取的问题，提高微震源定位精度，保障TBM施工隧道微震监测效果。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种高应力硬岩TBM施工隧道微震波速实时获取方法，包括如下步骤：

a在高应力硬岩TBM施工隧道掌子面后方岩体内布置至少4个微震传感器，捕捉隧道岩体发生破裂时产生的微震动信号；

b根据右手法则在隧道中建立空间坐标系，测量高应力硬岩隧道TBM施工过程中掌子面附近发生的岩体破坏的空间坐标，将该坐标点作为微震源，用于微震波速反演。所述的岩体破坏指岩体塌方或岩爆或岩体开裂等宏观破坏；

c利用微震传感器监测微震源产生的微震动信号，提取每个传感器监测到的微震动信号的到时，微震动信号的到时包括微震P波和S波到时。测量每个微震传感器安装位置坐标；

d以所有微震传感器监测到的微震动信号监测到时和计算到时的累积残差绝对值和最小为目标函数获取微震波速，微震波速包括微震P波和S波波速，计算公式如下：