隧道地质超前预报中的隧道管波与采集技术.pdf

目 录 1、TGP 隧道地质超前预报系统的优势…………………………………………… 1 2、TGP 隧道地震预报系统与技术………………………………………………… 16 3、隧道地质超前预报中的隧道管波与采集技术 ……………………………… 28 4、隧道地质超前预报中地震波采集的触发误差…………………………………36 5、隧道地震波预报中的采集频率…………………………………………………39 6、TGP206与 TSP200 在京西黎园岭隧道的试验总结…………………………… 42 7、隧道地震波超前预报现场工作要点……………………………………………59 TGP隧道地质超前预报系统的优势 前言 《高速铁路隧道》由铁道部工程设计鉴定中心赵勇主编，书中提出隧道地质超前预报 的方法有：①地质分析法、②超前平行导坑预报法、③超前水平钻孔法、④物理探测法； 并阐述物理探测法与其它方法相结合，解决不同地质灾害的应用原则。在物理探测方法中 对国产TGP隧道地震波预报系统，以及声波反射方法、地质雷达和其它探水方法等作了介绍。 本文针对隧道地质的复杂性、地震波测量环境的局限性、以及各种干扰波的影响等， 介绍国产TGP隧道地质预报系统的优势技术和设备，供从事隧道施工管理和地质预报工作者 参考。 1、TGP预报仪器的主机 隧道地质超前预报仪器的主机是现场地震波采集的主要设备，我所目前有TGP12和 TGP206两种型号的主机供应市场。目前国内外隧道预报仪器有两种结构：进口的TSP203采 用分离插装式结构，其控制单元和存储显示使用笔记本电脑，通过电脑接口连接地震信号 放大电路。国产TGP206和TGP12采用整体机箱式结构，其CPU控制单元、存储、显示单元与 放大电路，整体结构安装在仪器机箱内，仪器箱体具有防静电、防电磁、防水、防震，并 且牢固轻便。从应用环境分析，隧道内粉尘多、湿度大、也存在渗漏滴水条件，笔记本电 脑的开放式键盘不宜；从电器参数分析，笔记本电脑的杂散感应电压影响仪器的噪音水平； 笔记本电脑的硬盘在隧道内外温差大和湿度大条件下，硬盘结雾影响数据存储的安全。所 以，TGP预报仪器整机性能高，适应隧道环境条件的功能强。国内外预报仪器的结构见图（1）。 图（1）国产TGP12 和 TGP206 国外安伯格 TSP203 2、接收传感器 接收传感器是隧道地震数据采集关键的设备之一，其性能直接关系到地震数据的质量 和地震波资料成果图的质量。隧道地震波预报需要精密三分量检波器，检波器应具有高保 真和高指向性性能、应具有高灵敏度和相对较高频率的宽带频响特性。以上检波器性能是 保证地震波波形完整、纵横波信息丰富明确的重要环节。 1 通过理论和实践的研究证明，TGP型隧道地震波预报系统采用速度型检波器，与TSP203 型仪器采用压电式检波器相比较，TGP速度型检波器在高灵敏度、高指向性方面具有突出的 优势，和适应岩体地震波检测的高频宽带特性。地震波在非均质、非连续、和各向异性的 地质体中传播时，由结构面、构造面产生的地震反射波具有椭球体性质，椭球体携带有反 射面空间分布重要信息和反射面的性质信息，定位明确的三分量检波器可以实现上述信息 的采集，实现地震波的极化分析、计算和多波预报的目的。这与以往仅利用地震波旅行时 间的“负视速度法”比较，是一项重要的技术进步。 隧道预报要求检波器具有较高频率和宽频带的频响特性，隧道围岩介质的范围较广， 有松散的覆盖层介质，有岩体介质，二者传播地震波的频率具有较大的差异，纵横波的传 播频率也存在差异，因此预报系统需要检波器具有与检测对象相适应的频响特性。我们统 计TGP型仪器的大量预报资料说明，不同岩性地震波传播的频率：一般软岩为200～400Hz; 硬岩400～1000Hz，完整新鲜的坚硬岩1000～1500Hz。这个频带范围与TSP203采集记录中具 有的几千赫兹频率具有较大的差别，通过频谱分析，发现TSP203几千赫兹的高频属于高频 干扰波。 为方便大家实际了解隧道地震波的记录面貌，列举以下TGP型隧道地质超前预报仪器采 集的地震波数据，供大家参考，见图（2）。