物探预报方法

 

1. TSP超前预报技术

TSP超前预报系统是利用地震波在不均匀地质体中产生的反射波特性来预报隧道掌子前方及周围邻近区域的地质情况。该法属多波多分量探测技术，可以检测出掌子面前方岩性的变化，如不规则体、不连续面、断层和破碎带等。可以在钻爆法或TBM开挖的隧道中使用，而不必接近掌子面。数据采集时在隧道一边侧墙等间隔钻制20余个炮孔。而在两侧壁钻取2个检波器孔，使检波器置人套管中，依次激发各炮，从掌子面前方任一阻抗差异界面反射的信号及直达波信号将被2个三分量检波器接收，该过程所需时间约1h.然后利TSPwin软件处理可得P波和S波波场分布规律，其分析过程为：数据调叶带通滤波斗首波拾取—）拾取处理斗炮能量平衡丩直达波损耗系数(Q)估算斗反射波取一P波、S波分离—）速度分析—）纵向深度位置搜索斗反射界面提取等，最终显示掌子前方与隧道轴线相交的反射同相轴及其地质解译的二维或三维成果图。由相应密度值算出预报区内岩体物理力学参数，进而可划分该区围岩工程类别。实践表明该法有效预距离为100 - 200m。

过分析反射波速度，即可进行时深转换，由隧道轴的交角及洞面的距离来确定反射层所对应界面的空间位置和规模，再结合P波和S波的动力学特征，遵循以下原则来推断地质体的性质：①正反射振幅表明进入硬岩层，负反射振幅表明进入软岩层；②若s波反射较P波强，则表明岩层饱水；③vP/vs增大或泊松比突然增大，常常是由流体的存在而起的；④若uP下降，则表明裂隙或孔隙度增加。

2．地质雷达探测技术

用高频电磁波以宽频带短脉冲的形式，由掌子面通过发射天线向前发射，当遇到异地质体或介质分界面时发生反射并返回，被接收天线接收，并由主机记录下来，形成雷剖面图。由于电磁波在介质中传播时，其路径、电磁波场强度以及波形将随所通过介质电磁特性及其几何形态而发生变化，因此，根据接收到的电磁波特征，即波的旅行时司、幅度、频率和波形等，通过雷达图像的处理和分析，可确定掌子面前方界面或目标体空间位置或结构特征。当前方岩体完整的情况下，可以预报30m的距离；当岩石不完整或存在构造的条件下，预报距离变小，甚至小于10m。地质雷达探测的效果主要取决于之同介质的电性差异，即介电常数，若介质之间的介电常数差异大，则探测效果就好。由该法对空洞、水体等的反映较灵敏，因而在岩溶地区用得较普遍。缺点是洞内测试时，由于受干扰因素较多，往往造成假异常，形成误判。此外，它预报的距离有限，一般以不超过30m,且要占用掌子面的工作时间。应用地质雷达进行超前预报，在钻爆法施工的隧道中使用相对较多，如太平驿水电站引水隧道、海南高速公路东线大茅隧道等工程中应用，均取得了较好的应用效果。由于探测时需要占用掌子面的工作时间，故在掌子面上测试时需要停机进行，因而TBM法施工的隧道中应用时需作特殊处理。

3.红外探测技术

由于所有物体都发射出不可见的红外线能量，该能量大小与物体的发射率成正比。而发射率的大小取决于物体的物质和它的表面状况。当掌子面前方及周边介质单一时，所测得的红外场为正常场，当存在隐伏含水构造或有水时，它们所产生的场强要叠加到正常场上，从而使正常场产生畸变，据此判断掌子面前方一定范围内有无含水构造。现场测试有两种方法：一是在掌子面上，分上、中、下及左、中、右六条测线的交点测取9个数据，根据这9个数据之间的最大差值来判断是否有水；二是在已挖洞段按左边、拱部、右边墙的顺序进行测试，每5m或3m测取一组数据，共测取50m或30m，并绘制相应的红外辐射曲线，根据曲线的趋势判断前方有无含水。子面上9个数据的最大差值大于10 p.W/cm2，就可以判定有水；红外辐射曲线上升下降均可以判定有水，其他情况判定无水。红外探测的特点是pj以头现川隧坦全空间、方位的探测，仪器操作简单，能预测到隧道外围空间及掘进前方30m范围内是否存在伏水体或含水构造，而且可利用施工间歇期测试，基本不占用施工时间。但这种方法只能确定有无水，至于水量大小、赋水状态、具体位置不能进行定量解释。

4．TRT超前地质预报

TRT为真正反射层析成像的简称，是由美国NSA工程公司提出的一种方法。TRT从质上说仍为弹性波方法，其技术原理在于当地震波遇到波阻抗差异（密度和波速的乘积）界面时，一部分信号被反射回来，一部分信号透射进入前方介质。波阻抗的变化通曾发生在地质岩层界面或岩体内不连续界面。反射的地震信号被高灵敏地震信号传感器接收，通过分析，被用来了解隧道工作面前方地质体的性质（软弱带、破碎带、断层、含水等）、位置及规模。TRT作为一种新型的隧道地质超前预报系统，具有如下优点：①不使用炸药作为激发震源，减少了对隧道本身的损坏，降低了超前预报的风险；②采用三维数据处理，能清楚直观地反映地质体异常情况，能更有效地对反射异常区域进行识别与解释；③在采集方式上实现无线数字接收地震信号，能最有效地采集地震数据。TRT超前预报系统也存在一些问题。TRT系统要在三维空间内布置传感器，必须使用升降设备将传感器安装在隧道的拱、拱腰等位置，且必须测量出TRT的三维大地坐标（精确到10cm以内），这给预报作业上又增加一定的难度。另外，TRT采用锤击震源激发地震波，只有其传感器灵敏度高，能更好地接受地震波信号，但是传感器接收到的外界干扰噪声的能量与采集信号的灵敏高低是成正比的，如何消除干扰是有待解决的问题。