国内外隧道超前预报技术评析与推介

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隧道超前预报技术评析与推介

1 目前国内外超前预报技术现状

目前国内外隧道地质超前预报研究的总体水平还处于发展之中，不完全成熟，需要进一步改进和完善，预报的准确性和可靠性还有待提高。现阶段使用的隧道超前预报技术主要是以各种反射地震技术为主，地质雷达为辅，高密度电法的应用还不普遍。地质雷达对含水构造敏感，但预报的距离较短，在20-30m以内。反射地震的预报距离可以超过100m。

在隧道内使用反射地震进行超前预报时，观测空间有限，同时隧道围岩不同方向都可能形成反射，使之在解释与判别方面存在很大的困难。为了有效地使用反射地震信号预报隧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了几种不同的专门技术，其中包括负视速度法、水平剖面法（HSP），TSP、TRT和TST等预报技术，这些技术都属反射地震预报技术，代表了不同的研究阶段和技术特点，现分别对这几种地震预报方法的特点进行分析与比较。

负视速度法是由我国铁道系统在上世纪90年代初开始研发的反射地震隧道超前预报方法，曾昭璜等（1994）有关隧道地震反射法超前预报方面的研究成果具有代表性 。近年来何振起等人也发表了类似的工作成果。该方法的观测是在隧道一个侧壁打孔布置检波器和炮点，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。其观测与分析方法与地震测井的垂直剖面方法有很多相似之处，所以有时也称‘垂直剖面法’。对于前方规模较大的不良地质体可做出预报。数据处理是利用反射波走时确定反射界面位置，处理主要反射界面，缺乏商业化软件，目前仅局限于铁路系统少数单位使用。

图1 负视速度法观测与资料处理原理示意图

水平地震剖面法（HSP）的观测方式与负视速度法略有不同，激发点和接收点布置在隧道两侧。在隧道的一个侧壁上规则设置检波点，另一侧壁上规则布置炮点，接收掌子面前方的反射信号，从而确定前方不良地质体的位置。资料处理过程与负视速度法基本相同，将反射记录按规律重排，读取反射波走时数据，计算反射界面位置。与负视速度法相比，，水平剖面法的观测系统的横向展布较大，有利于提高速度分析和定位的精度。有一定的直观性，能确定主要反射界面，对于复杂地质条件的多反射界面处理较困难。缺乏商业化软件，在西南铁路系统中有一定应用，在台湾和日本有一些应用实例。

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