[发明专利]一种适用于深埋隧洞围岩波速的现场测试方法

说明书

本发明提供一种适用于深埋隧洞围岩波速的现场测试方法，通过超前地质预报和微震监测系统联合获取隧洞围岩的波速值，实现方式包括在隧洞掌子面后方预设范围内的洞壁上布置所需的检波器和人工震源点并测量坐标；在每个震源点进行多次锤击产生人工震动波，记录震动波信号及遇到异常地质体时反射波信号；超前地质预报系统以震动波叠加强度判定反射界面，分析得到波速相对变化曲线；布置微震监测断面，掌子面附近激发人工震源，拾取信号初始到时，计算出监测断面间的岩体实际平均波速；结合得到岩体实际波速的变化曲线；计算微震监测范围内岩体的等效平均波，根据隧洞掌子面的掘进里程调整相应的波速值。随着隧洞的掘进，重复上述步骤获取岩体波速值。

技术领域

本发明涉及微震监测技术领域，具体涉及一种适用于深埋隧洞围岩波速的现场测试方法，通过超前地质预报和微震监测系统联合获取隧洞围岩的波速值。

背景技术

岩爆是高地应力条件下地下工程开挖过程中，硬脆性围岩因开挖卸荷导致储存于岩体中的弹性应变能突然释放，使围岩产生爆裂松脱、剥落、弹射甚至抛掷的一种动力失稳地质灾害现象。而在岩爆发生之前，当岩体内部应力超过其自身强度时，岩体内部会产生微破裂，累积的弹性应变能将以弹性波的形式释放而产生微震信号。微震监测技术就是利用岩体破裂过程中产生的微震信号对岩爆发生的区域和等级进行预警的实时监测技术，其中微震震源定位是微震监测技术的核心。具体操作为通过利用微震传感器记录的波形到时数据和岩体实际波速对震源的空间位置和发震时刻进行反演。在现场微震监测系统中，围岩波速(纵波波速)是震源定位的重要输入参数，准确的波速是提高微震源的定位精度的关键。

以往研究中，主要还是通过现场测试来反演监测区域内的围岩波速。中国发明专利(公开号CN103697999A)公开了一种适用于高应力硬岩TBM施工隧道微震波速实时获取方法，通过采集掌子面附近岩体破裂产生的微震信号，提取微震传感器监测到的微震信号到时差，结合微震源和微震传感器的坐标来反演岩体波速，该方法由于岩石破裂位置未知，容易造成反演的波速存在较大误差。中国发明专利(公开号CN104406681A)公开了一种利用微震监测系统自带的微震传感器和已知震源的人工爆破来确定围岩波速，在微震监测系统已有的空间坐标系内准确测定各传感器和人工震源的空间坐标，通过拾取各传感器之间的信号到时差以及传感器到已知震源的实际距离差来反演围岩波速。中国发明专利(公开号CN108802814A)公开了一种利用隧道施工的爆破事件获取隧道围岩的波速，该方法在隧道掌子面后方空间布置至少四个传感器，利用人工爆破事件触发信号，并拾取各个传感器的信号到时，通过设定观测到时与计算到时的累积绝对差值为岩体波速反演的目标函数，计算目标函数满足终止条件来搜索微震波波速。由于隧洞掌子面前方岩体性质和地质构造的复杂多变性，已有的现场测试方法只能反映微震监测区域中某一段的岩体波速，对于掌子面前方的波速很难准确获取。另一方面由于隧洞掌子面的掘进，微震监测区域内的岩体波速需要根据现场地质情况不断的调整修正，而现有的测试方法不能很好的满足这种需求。鉴于此，需要提出一种能够准确获取掌子面前方岩体波速的测试方法。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提出一种适用于深埋隧洞围岩波速的现场测试方法。首先利用隧道超前地质预报系统获取掌子面前后方岩体的波速相对变化特征，再结合微震监测系统可以确定微震监测范围内岩体的实际平均波速值。可以用于解决隧洞微震监测中掌子面前方岩体波速难以准确获取的问题。

本发明为了实现上述目的，采用了如下技术方案：

一种适用于深埋隧洞围岩波速的现场测试方法，通过超前地质预报和微震监测系统联合获取隧洞围岩的波速值，实现方式包括如下步骤：

步骤1，在隧洞掌子面后方预设范围内的洞壁上布置超前地质预报系统所需的检波器和人工震源点，并测量人工震源点和检波器的坐标；