[PPT]隧道超前地质预报技术讲座三（TST技术）_ppt

1、隧道超前预报与病害诊断技术讲座之三TST技术特点与应用隧道超前预报与病害诊断技术 隧道超前预报与病害诊治技术 报告主要内容1 常见病害与地质超前预报的内容；国内外地震法超前预报技术现状与问题；隧道地震法超前预报技术的几个核心问题；TST隧道地震超前预报技术特点及应用；5 国内外超前预报技术评价方法6 TST技术在隧道病害、边坡与场地 勘查中的应用；7 TST与高密度电法综合预报技术的应用；地震CT、SSP地震散射剖面与高密度电法隧道病害诊断技术；9 滑坡与水库漏水的病害诊断技术；4 TST超前预报技术要点TST技术的6大特点：（1）专业的空间阵列观测设计方案，同时满足波速分析、 方向滤波和减少

2、面波干扰三项要求； （2）应用F-K方向滤波技术进行波场分析、方向滤波，在仅保留前方回波的条件下进行纵横波分离，使偏移图像真实、可靠； （3）应用叠加能量最大化原理进行围岩波速扫描，准确确定掌子面前方定围岩波速分布，实现地质结构精确定位；（4）射线方向约束条件下的偏移成像，充分运用地震信号的动力学和运动学信息，消除了病态问题，保持了方向分辨率；（5）以散射理论为基础，分辨率高，不易漏掉斜交构造和孤立体。（6） 地质构造深度偏移图像和围岩体波速分布图像，便于综合分析，预报结果更精确，更可靠，更科学；4.1 TST超前预报技术的观测方案1 隧道每侧壁6道接收，埋深2，最大限度扩大横向展布, 预报距

3、离为横向展布的10倍;2 检波器间距小于1/4地震波长保证方向滤波精度;3 激发点每侧壁2-3个, 排列总长度大于2-3倍波长, 满足方向滤波需要;4 接收点和激发点可根据需要任意改变位置，增减数量。钻孔一般16-18个, 比TSP、TGP少8-10个。TST技术超前预报的方位根据工作需要预报的方位可以朝前，也可向侧面4.2 TST的波场的方向滤波 直达波、面波、侧向回波、前方回波等波的频率范围很接近，靠传统的带通滤波技术是不能将他们彼此分开的。F-K方向滤波是一种空间滤波技术，是根据波场传播的方向特征进行滤波，能有效地将不同传播方向的波分辨开来。不同方向的回波在地震排列记录中的视速度是不同的

4、。前方回波依次到达检波器，视速度小，波速数值为负；侧向回波几乎同时到达检波器，视速度很大。面波与直达波，视速度低，速度值为正。根据视速度的这些差异可以将不同方向的回波进行区分，滤除干扰波，仅保留前方回波。TST的方向滤波效果 方向滤波前，直达波、面波与掌子面附近的侧向回波很强，掩盖了前方的回波；方向滤波后，直达波、面波、侧向回波被滤掉，掌子面前方回波明显突出出来，用它进行超前预报能避免虚报误报。TST的方向滤波和纵横波分离三维波场中任一方向检波器记录的都是来至不同路径的、不同类型的振动的混叠，其中包含平行方向传播的纵波与垂直方向传播的横波： Z方向位移：Uz=Uzp+Uzxs+Uzys （隧道

5、轴向P） X方向位移：Ux=Uxp+Uxzs+Uxys （平行隧道壁 SH） y方向位移： Uy=Uyp+Uyxs+Uyzs （垂直隧道壁SV ）超前预报要求使用前方回来的纵波，或是前方回来的横波；要将前方返回的纵波和横波从混叠的记录中分离出来，首先就要进行方向滤波，滤掉侧向波、直达波、面波等各种波，取出从前方返回的纵波和横波。这是三维波场分析的主要任务。在速度分析与偏移成像之前滤除面波、侧向波等干扰波，分离出前方纵、横回波，才能保证速度分析和偏移成像的正确性。滤波后从 z方向获得纵波，x、y方向合成为横波； Z方向位移： Uz=Uzp （隧道轴向=P） X方向位移： Ux=Uxzs （平行隧

6、道壁= SH） y方向位移： Uy=Uyzs （垂直隧道壁 = SV ）4.3 TST的掌子面前方围岩速度分析 围岩波速分析的条件和步骤： 1 围岩波速分析需要观测资料具有不同的横向偏移距，要保证速度分析和定位的误差优于10%，要求最大横向偏移距大于0.1倍的预报距离； 2 围岩波速分析需要科学的数学物理判据，能有效地判别速度扫描结果的优劣，遴选出最优速度值。 3 TST使用的是叠加能量最大化原理，即当扫描速度接近围岩真实速度时，从同一界面反射的能量会相干叠加到一起，使偏移图像的叠加能量取最大值。 4 通过分段速度扫描，可寻找出不同里程围岩速度的真实分布。使用真实的速度分布和前方回波记录资料，

7、偏移图像的结果能代表真实的地质结构特征。 TST的围岩波速扫描步骤和过程1 速度扫描使用具有不同横向偏移距的地震记录， 基于叠加能量最大化原理求取最优围岩速度；2 首先是整体扫描。对整个预报区间进行速度扫描，给定速度范围和增量，观察各里程的叠加效果和总体能量变化，获得最优里程-速度参考曲线和最优平均波速；3 分段扫描。依次分段进行速度扫描，根据各段能量最大值对应的波速，修正能量-速度分布曲线；对分段速度进行插值，完成预报区段围岩速度分布曲线； 提醒：分段速度扫描时区间不可太小，否则容易产生假象；整体扫描（上图）和分段扫描（下图）整体速度扫描分段速度扫描TST硬件与技术参数TST硬件组成： 记录

8、器： 松下工程机（日本制） 采集单元：DMT-TST（德国DMT公司定制）信号分离器：12道 检波器：内置IC放大器、拉埋式加速度传感器，15只； 信号电缆，特制安装杆：2套主要技术指标： 通道：12道； A/D: 24Bit， 采样间隔：22.5s， 采样长度：16ks/道 频带：1Hz5kHz TST-DMT硬件设备 TST硬件现场工作连接方式4.5 TST在超前预报中的应用 1 云南保龙高速、祥临高速； 2 重庆绕城高速玉峰山隧道； 3 四川雅西高速石棉隧道； 4 贵州夏蓉高速、城郊高速； 汕头昆明高速顶效隧道； 河北张石高速、阜平高速； 大连环城轨道 青海引大济湟 山东金矿10 焦作煤

9、矿岩溶地区某隧道现场超前预报隧道内数据采集TST超前预报结果解释4项原理TST预报结果包含地质构造偏移图像和波速分布图像，地质解释以构造偏移图像为主，以速度图像为辅，两者互相对应，进行综合分析，对地质构造特征进行分段描述；构造偏移图像解释原则：偏移图像横座标为里程，纵坐标为宽度，图中红色线条为岩体由软变硬的界面，蓝色线条为岩体由硬变软的界面；先蓝后红的组合表明此处为断裂带；线条密集表明构造发育、岩体破碎；线条稀疏表示岩体完整。波速图像解释原则：岩体波速高表示岩体完整致密，动弹性模量高；波速低表示岩体破碎松散，弹性模量低；波速与岩体工程类别有对应关系。 工程类别 波速(km/s) 5 4-5 3

10、-4 2-3 1-2 1 4 构造偏移图像与波速图像的对应关系：偏移图像中红蓝线条密集，后蓝色线条发育的区域，波速图像中对应的位置应为低速区；红蓝线条部分稀疏或以红线条为主的区域，波速图像中对应的区域为高速区。如果与这些规律不一致，则速度扫描结果有问题，重新扫描改正。TST在重庆某隧道地质超前预报中的应用注：红色代表围岩由软变硬的界面，蓝色为由硬变软的界面；蓝红条纹组合为断裂构造位置。云南x高速x隧道超前预报地质构造偏移图像围岩波速分布四川x高速石棉隧道TST超前预报结果波速分布与深度偏移成像贵阳x隧道隧道位于贵阳市郊，穿越灰岩夹白云岩地层，为浅埋隧道，岩体风化严重，节理裂隙极其发育，施工的最

11、大风险是坍方冒顶。在隧道施工中对K2+728K2+580段进行了TST应用演示实验，预报结果与解释如下。扎营山隧道超前预报XX环城XX隧道山东x金矿采空区探测x金矿采空区探测x金矿采空区探测XX引水隧洞-TBM施工TBM卡钻TBM隧洞TST的检波器埋设方法青海xTBM隧洞超前预报结果 TST对TSP203 的升级改造 TSP技术因为存在三类技术缺陷，给超前预报带来虚报误报、定位不准、含水性预报虚假等风险。为避免这些风险，需要对TSP的观测方式与资料处理技术进行升级改造。在继续使用TSP的硬件系统基础上，采用新的观测方式和TST处理技术，对TSP进行升级改造。TSP新观测方案+TST软件= TS

12、P技术升级新方案=每侧（1个检波器+12个炮点） 软件增加功能：方向滤波+速度分析+Kirchhoff偏移成像6 TST技术在工程地质勘查应SSP地震散射剖面1 河北x隧道坍塌地质病害诊断；2 5.12大地震x厂坍塌边坡工程地质勘探；3 x水电站x河边坡地质条件的勘探;TST边坡勘查数据采集SSP地面散射剖面地质解释：1 探测区垂直剖面内岩体上下层差异明显，地表40m范围内围岩为破碎岩体，波速小于2.5km/s，其下为较致密白云岩，波速3.0-3.5km/s。2 隧道ZK41+465-+415的50m范围内为断裂破碎带，产状较陡。该断裂带内隧道上方20m的范围内发现3-4处零星松动空区（蓝色区域），推断与塌方影响有关。处理建议：隧道围岩处理范围+415-+465的50m，沿断裂带注浆，注浆深度15m。TST技术工程勘查应用 SSP地震散射剖面技术与应用 基于地震散射成像技术，反射地震技术在地质条件复杂的山区应用效果不好，反射层横向不连续，波速变化剧烈，无法获得有效的CDP叠加剖面。为满足山区复杂地质条件的需要，亟待开发新的浅层地震处理技术。SSP技术正是针对山