隧道地質超前預報系統

隧道地質超前預報系統（Tunnel Seismic Tomography System簡稱：TST） 是用於隧道及地下工程掘進工作中進行地質災害危險預警的產品。當前公路鐵道隧道招投標中所要求的地質超前預報方法為物探法中的地震法。通常用於公路與鐵路的隧道、煤礦井下、輸水隧洞、捷運等地下工程的地質超前預報。 能有效預報斷層、軟弱岩帶、岩溶、採空區等不良地質條件的位置。

系統構成

通常由兩個大部分構成：

硬體部分 -- 用來收集地震波信號，可以是標準的地震儀。

⑴地震儀：德國DMT公司生產。高採樣率、高解析度及多通道。

儀器參數：

TST系統地震儀，來自德國DMT公司。

通道數：24道

採樣率：5或20 微秒

A/D位數 ：24 比特

工作頻率：5-5000 Hz

記錄長度：120K位元組

⑵電腦：筆記本電腦，選擇業界最好的硬體平台。

TST系統主機

⑶信號分離器

TST隧道地質超前預報信號分離器。

⑷檢波器：靈敏度高、抗干擾性強及頻頻寬。

檢波器：靈敏度高、抗干擾性強及頻頻寬。

特點：1、內置IC放大器，傳輸距離大>200m；2、加速度型，頻帶10~1kHz；3、 帶阻尼；4、壓電晶體；5、埋入式，配有碳纖維拉繩；6、三分量或者單分量檢波器可選

軟體部分 -- 對收到的信號進行處理，是整個系統的靈魂。

⑴ TST技術採用空間陣列觀測方式，使用獨有的二維方向濾波技術濾除上下、左右地層的反射，有效地提取出前方地震回波用於超前預報，避免了虛報誤報。

⑵採用速度掃描技術有效地解決了掌子面前方圍岩速度的分布問題，提高了構造定位的精度；能成功解決複雜地質條件下的地質超前預報問題。

避免了不能準確確定掌子面前方圍岩波速而導致虛報誤報的技術缺陷。

工程舉例

1、我國西南地區岩溶地貌發育， 隧道地質超前預報工作非常必要。以下是一個貴州附屬檔案的淺埋隧道超前預報的實例。

頂效隧道位於汕頭--昆明國道高速貴州段內，屬於卡斯特地形中的淺埋隧道。如下圖所示，上部是超前預報的偏移圖像，從中可以清楚地看出斷裂構造、岩性界面的組合關係和地質結構圖像。下部是圍岩速度掃描圖，從中可以看到岩石的速度分布。圍岩速度圖像與地質構造圖像（偏移圖像）有很好的對應性。

隧道地質超前預報結果舉例

2、在貴州岩溶多個隧道上的TST隧道地質超前預報得到成功套用，詳見發表於隧道建設的文章：TST 超前地質預報技術在貴州岩溶地區的套用實例。

3、NJ引水隧道T3’R下游K1861段地質情況複雜，利用TBM和鑽爆法進行隧道開挖。現採用TST隧道地質超前預報技術對TBM施工前方進行超前預報，以採取有效的超前支護措施或調整掘進參數等，確保施工高效、安全。

預報結果：

下圖上部為偏移圖像，圖中紅色條紋表示岩層堅硬，藍色條紋表示岩層變軟；藍紅條紋交替出現，為破碎帶或斷裂構造。下圖中部為圍岩波速圖像，高速波區對應岩層結構完整，低速波區為構造發育。下圖下部為地質解釋。

偏移圖像、速度圖像和地質解釋。