[发明专利]数据采集系统、方法及隧道地震波超前预报方法

说明书

本发明提供一种数据采集系统、方法及隧道地震波超前预报方法。该系统包括在隧道侧壁上布置的第一激发点、第二激发点和位于所述第一激发点、第二激发点的多个接收点，所述第一激发点、第二激发点和多个接收点布置成位于与隧道走向平行的一条直线上；其中，第一激发点靠近掌子面，第一激发点与其最靠近的一个接收点间隔第一距离，第二激发点与其最靠近的一个接收点间隔第二距离，所述第一距离与第二距离相等。本发明实施例的数据采集系统、方法及隧道地震波超前预报方法利用地震波路径互换原理，减去路程差，可进行同相叠加，增加信噪比。

技术领域

本发明涉及施工地质检测领域，尤其涉及一种数据采集系统、方法及隧道地震波超前预报方法。

背景技术

预测隧道开挖过程中的不利地质条件、预报掌子面前方的地质构造和含水性，从而保障施工安全。同时超前预报也为隧道施工的方法、支护形式的变更提供了重要依据，减少了施工的盲目性。

为了有效地使用反射地震信号预报随道掌子面前方的地质情况，在观测方式和处理方法方面形成几种不同的专门技术，其中包括负视速度法、TSP、TRT和TST等预报技术。这些技术都属于反射地震预报技术，代表不同的研究阶段和技术特点。从目前应用的各种隧道超前预报方法看出，随道地震超前预报技术可以按观测方式分为两类:一类是直线布置，包括负视速度法、水平剖面法，一类是空间布置，包括TSP、TRT和TST。

负视速度法是由我国铁路系统在上世纪90年代初开发的反射地震隧道超前预报方法，该方法的原理是利用地震波在不均地层中产生的反射波特征，来预报随道施工开挖面前方的地质情况。负视速度法观测时，检波器和炮点在一条平行隧道轴的直线上，利用直达波速估计前方围岩的波速，利用反射波走时曲线与直达波走时曲线的交点推测前方构造界面的位置，其观测与分析方法地震测井的垂直剖面方法有很多相似之处，所以有时也称“垂直剖面”，对于前方规模较大的不良地质体可做出预报。

负视速度法的缺点是只适用于地质结构比较简单的隧道，在地质结构比较复杂的隧道中进行超前预报时，记录剖面就会比较复杂，预报效果就会变差。

TRT技术全称是True Reflection Tomography，意为“真正的反射层析成像”，是由美国Corolado矿业学院的NSA工程公司在上世纪末本世纪初开发的在欧洲、亚洲开始应用。与TSP系统和TGP系统相似，TRT系统的基本原理也是基于地震波反射原理，区别在于资料处理和解释的方法的不同，在观测方式上，TRT技术的突出特点是实现了空间，检波器和激发炮点布置在隧道两侧和掌子面上，最大限度地扩展横向展布，以充分获得空间波场信息，提高波速分析和不良地质体的定位精度。TRT资料处理时是假定一个波速模型，根据检波器接收到的地震波信号得到某一波形传播的时间，运用波速初始模型得到运算后的不良地质体的推测距离，然后根据实际情况修改模型参数，以求得最符合实际的结果。具体的实施方法是以每个震源和地震信号检波器组的位置为焦点，所有产生回波的反射体的位置可以确定一个椭球，足够多数量的震源和检波器组对形成众多的摘球，每个界面反射的地层位置可以由这些众多椭球交汇区域所确定，反射边界每一点离散图像的计算包括由所有炮检组所对应的三维岩体选定的区块，离散图像中各点值是由空间叠加所有地震波波形而得到的TRT预报系统的缺点是当施测遇到软弱围岩地段时，震源能量衰减快，探测距离和精度都受到很大影响。TRT方法在隧道地震超前预报中，国内外的使用都比较少，需要积累经验进一步改进效果。

TST技术(Tunnel Seismic Tomography)是隧道地震CT成像技术的简称，其基本原理是逆散射成像，散射理论使用的范围更广泛，它认为反射只是散射中的一种特殊情况，反射波的能量一般比散射波能量大得多，在使用的波长一定的条件下，应用反射理论只能识别远大于波长的目标体，应用散射理论可识别比波长小得多的异常体。隧道地震CT技术的观测系统是采用空间布置的。在TST隧道CT成像技术的观测系统中，通常是将12个检波器在隧道边墙两边按照单边6个摆放，检波器之间的距离3至4m，单边覆盖长度约20m左右，检波器插入边墙的深度约为1.5至2米，在掌子面进行爆破或者锤击激发震源，单次预报进行4至5次的激发