[发明专利]一种用于隧道含水地质构造体的地震波超前预报探测方法

说明书

本发明公开了一种用于隧道含水地质构造体的地震波超前预报探测方法，包括激发地震波震源，采集地震波遇到弹性波阻抗差异界面反射回来的地震波反射信号；对地震波反射信号进行频谱分析，得到地震波波场参数，所述地震波波场参数包括地震波反射信号的回波时间、回波波形和回波强度；将地震波波场参数代入弹性介质计算公式进行力学分析，建立了地震波与围岩应力梯度和地震波与液体渗流速度间的联系，以此判断含水地质构造体的存在位置和分布情况。本发明能准确预报掌子面前方的含水地质构造体位置以及规模大小，克服传统TSP技术无法准确预测含水地质构造体的缺陷，大大提高超前预报的准确性和可靠性。

技术领域

本发明涉及地质探测技术领域，特别是一种用于隧道含水地质构造体的地震波超前预报探测方法。

背景技术

新建隧道施工过程中突发涌水灾害给施工带来了巨大的经济损失、重大的人员伤亡与恶劣的社会影响,对地表及隧址区水资源和生态环境造成了不可修复的破坏。突涌水灾害源(含水地质构造)的超前探测理论与技术一直是隧道等地下工程建设亟待解决的关键科学难题。目前主要利用地质、钻探、物探等方法，结合地质资料、洞内外地质调查、掌子面素面结果对施工掌子面前方可能存在的含水地质构造体的位置、规模进行预测。但因各种预报方法理论、设备的局限性，存在预报距离短、测试准备工作繁琐、占用时间长、预报手段受地质条件、隧道环境等影响干扰严重，均没有达到准确预报效果，甚至形成了地震波不能超前探水结论，近年来也发生了多起重大突水安全事故，造成了重大安全财产损失。因此，早期、准确超前预报含水构造地质体的位置和规模是目前亟需解决的工程技术难题。

目前国内外超前探水技术主要有地震波法和电磁法，地震波法多是以瑞士AMBERG生产的TSP技术和美国的TRT技术为基础，通过波动理论对反射波波速进行分析，得到地质构造信息。经过多年工程实践证明，地震波波速对含水构造地质体不敏感，基本上不能预报含水构造体的发育情况。电磁法以地质雷达和瞬变电磁仪为主，主要通过电磁波原理进行超前探测，由于电磁波受水体及隧道内部环境影响较大，其探测距离段，探测精度低，工程成功应用较少。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种用于隧道含水地质构造体的地震波超前预报探测方法，能准确掌握掌子面前方的含水地质构造体位置以及规模大小，克服传统TSP技术无法准确预测含水地质构造体的缺陷，大大提高超前预报的准确性和可靠性。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种用于隧道含水地质构造体的地震波超前预报探测方法，所述方法包括：

在施工隧道安装超前预报系统，所述超前预报系统用于采集地震波反射信号数据；

对地震波反射信号进行频谱分析，得到地震波波场参数，所述地震波波场参数包括地震波反射信号的回波时间、回波波形和回波强度；

将地震波波场参数代入弹性介质计算公式进行力学分析，建立地震波与围岩应力梯度关系，根据流体力学算法和动量守恒定律对所述应力梯度关系进行力学分析得到地震波与水体广义渗流速度关系，结合地震波走时剖面，判断含水地质构造体的位置和规模大小。

进一步的，对地震波反射信号进行频谱分析，具体还包括：

采集地震波反射信号数据；

对地震波反射信号数据反褶积处理，并对反褶积处理后的数据增益恢复，将数据增益恢复的数据叠加处理后，经过第二次反褶积处理，再经过频谱分析，得到振幅和相位数据。

进一步的，将地震波波场参数代入弹性介质计算方式进行力学分析，判断含水地质构造体的位置和液体渗流速度，具体包括：

建立地震波波场参数与地震应力、地震应力与渗流场的力场关系；

对渗流场参数定量分析；

根据分析结果，判断隧道含水地质构造体位置以及规模大小。