TST隧道地质超前预报技术指南

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1、TST隧道地质超前预报技术指南北京同度工程物探技术有限公司2009年8月TST隧道地质超前预报技术指南目录1隧道地质超前预报理论基础31.1隧道地质超前预报目标与要求31.2隧道围岩中的三维波场31.3超前预报技术的关键技术问题51.4国内外超前预报技术现状与缺陷52TST技术的原理与特点82.1TST的观测系统设计82.2TST的三维波场分离技术92.3TST的围岩波速分析技术92.4运用散射理论提高超前预报的分辨率102.5TST偏移成像技术113TST技术的硬件配置与技术参数123.1TST地震记录器与技术指标123.2TST检波器与技术特点133.3信号分离器及其作用133.4信号电

2、缆144TST硬件操作要点144.1仪器连接154.2地震仪操作154.3数据采集与参数设置164.4采集与保存数据174.5仪器工作状态检验与现场标定175TST现场数据采集185.1炮点与检波器的观测布置185.2检波器的安装195.3炮点的安装205.4爆炸机与触发线的连接215.5现场测量与记录225.6现场安全注意事项226TST资料处理流程236.1TST资料处理流程236.2资料预处理246.3观测几何参数编辑与数据输入256.4围岩波速分析扫描与波速结构求取266.5偏移成像与图像色标设置286.6偏移图像与速度图像输出287TST超前预报地质解释287.1超前预报地质解释原

3、理287.2断裂构造的判别与预报287.3含水性的判别与预报287.4岩溶的判别与预报287.5超前预报地质解释剖面288故障的诊断与排除288.1硬件故障的诊断与排除288.2软件的故障诊断与排除289结语281隧道地质超前预报理论基础隧道地质超前预报是利用地震回波预报掌子面前方的地质情况的一项专门技术。在隧道内有限的空间内观测，记录的是从不同方向的三维回波，从中提取前方回波，滤除各种干扰，可靠地确定前方围岩的波速和地质结构特征，需要有特定的技术和理论依据。在深入了解TST的预报原理和各种专业操作之前，有必要对超前预报的技术背景做清晰的了解。1.1隧道地质超前预报的目标与要求地质超前预报技

4、术用于隧道灾害性地质对象和基本地质要素的预报。灾害性地质对象包括：断裂构造、含水体、溶洞、含瓦斯构造、岩爆地段；基本地质要素包括：地层岩性、工程类别、力学性状变化；隧道工程施工对超前预报的精度和分辨能力提出了客观要求，预报技术应尽量满足这些要求。预报尺度与精度要求：位置的定位精度误差小于10%,构造规模尺度误差小于10%,分辨尺度1m。.超前预报技术必须围绕工程需求改进技术指标。1.2隧道围岩中的三维波场隧道地震观测是布置在隧道内，震源发出的地震波在围岩中向四面八方传播，并且在隧道表面激发面波和声波。地震仪观测到的是三维回波，地震回波的方向、路径、震相复杂，其复杂性表现在下列三个方面。1）隧

5、道内观测的地震回波来至各个方向，前后、上下、左右，记录到一起，从单点记录上不易区分。其中来至上方地表的回波最强。超前预报需要的是前方回波，其它方向的回波都是干扰波，应于滤除；2）隧道内接收的地震波类型多样，有直达波、反射波、纵波、横波，以及纵横波的转换波，特别是隧道表面附近由声波、横波激发形成的面波，透入围岩深度1-2个波长，相当强烈，是主要的干扰波；3）检波器每个分量的记录都是三维波场在这一方向上的振动，包含着不同路径、不同类型的波。X、Y、Z每分量的记录都是由三部分组成的，第一部分是平行方向传播的纵波，第二、三部分是垂直方向传播的横波，三部分叠加到一起，靠单道记录难于识别。各分量地震记录

6、如下：式中第一个下标代表振动方向，第二下标代表传播方向，第三下标p、s代表纵横波类型。公式中第1项表示平行检波器方向振动的纵波分量，第2、3项表示与检波器垂直方向的横波振动，超前预报需要的是其中从前方的回波，前方回波的纵波在平行隧道轴方向的检波器上记录中，前方回波的横波分别在垂直隧道轴向的两个检波器中，用下式表示：图1a隧道内地震观测接收的各方向回波示意图1b地震接收纵横波示意图下图表示在垂直隧道和平行隧道截面内的地震波场，从中可以看到直达P波、S波、反射的P波和S波、转换的P、S波、表面波、声波的传播规律。图2a纵剖面内的地震波场图2b隧道横截面中的波场1.3超前预报技术的关键技术问题目前

7、国内外应用的隧道地质超前预报方法有陆地声纳、负视速度法、HSP水平剖面方法、TSP203、TGP206、TRT、TST等，都属于地震法超前预报技术，以地震反射或散射理论为基础，通过隧道内的地震观测反演掌子面前方的地质情况。要达到准确、可靠预报的目标，必须有科学的观测方案、可靠的资料处理方法、有效的反演方法和合理的技术流程，这些就构成了超前预报的技术核心，也称超前预报的理论问题。这些核心问题中最关键的是如何区分