专利名称：一种用弹性波反射法作隧道施工地质预报确定地质体反射面产状和空间位置的方法
技术领域：
一种用弹性波反射法作隧道施工地质预报确定地质体反射面产状和空间位置的 方法。本发明涉及在隧道或其他地下工程掌子面上用弹性波反射类方法探查前方岩体中断 层等反射面的测量和计算方法，属隧道或地下工程施工地质预报技术领域。
背景技术：
在隧道或其他地下工程中探查掌子面前方地质体时确定其产状和空间位置是一 个重要内容，目前所采用的多种弹性波反射类方法、探地雷达等，都为全面而准确地确定这 些地质体的空间位置而努力，突破的一种途径是力图用三维空间布置采集测点来解决。但 非三维空间布置的采集测点的数据采集方法则遇到了困难。TSP、HSP等方法在隧道边墙布 置排列的弹性波反射类方法仅能粗略地给出反射体位置，无法作出空间定位和给出断层等 的产状，因而无法准确确定地质体反射面的空间位置。
发明内容
本发明的目的是提供一种隧道施工地质预报时确定地质体位置的方法，即采用弹 性波反射类方法测量、计算出掌子面前方地质体的反射面的产状，并确定其空间位置的方 法。对溶洞等物体确定其距掌子面最近点的距离和位置，没有产状问题，较为简单。而对于 断层等面状反射面，需要确定其走向、倾向、倾角的产状，并根据他们确定其空间位置，比较 复杂。其做法是在掌子面上设定一条水平测线AB和一条与其相交叉的铅垂向测线⑶，在测线上 以20 40cm的距离设置测点。以20 40cm的震一检距激发弹性波并测出每个测点反射 波的时间曲线，然后将一条测线上各点的时间曲线汇成时间剖面，在时间剖面上得到测点 到反射面的反射时间。在知道波速的情况下，计算出地质体反射面的产状(走向、倾向、倾 角)并确定它在隧道掌子面前方的空间位置。结合附图来说明计算方法。
图1为在隧道掌子面上布置一条水平测线和一条铅垂向的测线示意图。图中M—隧道掌子面；AB—水平测线；CD—铅垂向测线；1,2- 14一水平向测线AB上的测点号；I、II…ΥΠ—铅垂向测线⑶上的测点号；图2为测线、射线及计算辅助线示意图。图中M—隧道掌子面；AB—水平测线；CD—铅垂向测线；N —反射面(断层面)；AA'丄N、AA'为A点的入射波射线，A'为反射点；BB'丄N、BB'为B点的入射波射线，B'为反射点 CC'丄N、CC'为C点的入射波射线，C'为反射点 DD'丄N、DD'为D点的入射波射线，D'为反射点 AA1B1B面为通过测线AB的水平面，垂直掌子面M，与反射面N交于A1B1线； A1为通过测线AB的水平面上A点到反射面N并垂直掌子面的线AA1与N面的交
B1为通过测线AB的水平面上B点到反射面N并垂直掌子面的线BB1与N面的交
CC' D' D面丄M面并通过铅垂向测线⑶，与面N交于线C' D'； AA1丄M面； BB1丄M面;
~点是通过A'点并与测线AB平行的线A'线的交点；
Bp点是通过A1点并与测线AB平行的线A1Bp与BB1线的交点； D 〃是在DD'上、ZD' C' D" (Ζ β)的一边与线DD'的交点，C' D〃丄DD' 面BB' B"丄N面并与A1B1交于B"点；
BB"为面BB' B"和通过AB的水平面(AA1B1B面)与N面的交线； A点的入射波射线AA' = VXTaa, /2， B点的入射波射线BB' =VXTbb, /2， C点的入射波射线CC' =VXTcc, /2， D点的入射波射线DD' = VXTdd, /2 ； 式中V—波速，
Taa, —测点A到反射面的反射时间， Tbb, —测点B到反射面的反射时间， Tcc, 一测点C到反射面的反射时间， Tdd, —测点D到反射面的反射时间。
权利要求
一种用弹性波反射法作隧道施工地质预报确定地质体反射面产状和空间位置的方法，是在掌子面上设定一条水平测线AB和一条与其交叉的铅垂向测线CD，在测线上每隔20～40cm设一测点，采用20～40cm的震 检距激震和接收弹性波测出每个测点的时间曲线，然后将一条测线各点时间曲线汇成时间剖面，在时间剖面上得到测点到反射面的反射时间；在知道波速的情况下，计算出反射面的产状(走向、倾角、倾向)并确定它在隧道中的空间位置，其特征在于AA′为A点的入射波射线，A′为反射点；BB′为B点的入射波射线，B′为反射点；CC′为C点的入射波反射线，C′为反射点；DD′为D点的入射波射线，D′为反射点；则计算辅助角α′＝sin 1[(BB′ AA′)/AB]，α′比反射面的走向角α略大，反射面倾角γ在70°～90°和∠α在0°～30°的情况下，可以接受∠α≈∠α′；反射面倾角γ＝90° β，计算辅助角β＝sin 1[(DD′ CC′)/CD]；若DD′＞CC′，则β＞0，反射面倾向开挖方向，若DD′＜CC′，则β＜0，反射面倾向反开挖方向；通过AB并垂直掌子面M的平面上，在此面上通过A、B点并垂直面M、与反射面交于Al点和Bl点的线AAl≈AA′/cosβcosα′，BBl≈BB′/cosβcosα′，AAl、BBl与反射面的走向角、倾向和倾角确定了反射面的空间位置。
2.根据权利要求1所述的用弹性波反射法作隧道施工地质预报确定地质体反射面产 状和空间位置的方法，其特征在于若反射面不一定是平面，可计算AB测线上4 10个测 点的AA1和BB1长度来确定地质体反射面与通过AB线并水平面的交线。
全文摘要
一种用弹性波反射法作隧道施工地质预报确定地质体反射面产状和空间位置的方法。是在掌子面上设一条水平测线AB和一条与其交叉的铅垂测线CD，在测线上每隔20～40cm设一测点，采用20～40cm的震—检距激发弹性波并测出每个测点的时间曲线，然后将一条测线各点时间曲线汇成时间剖面，在时间剖面上得到测点到反射面的反射时间。在知道波速的情况下，计算出反射面的产状并确定他在在隧道掌子面前方的空间位置。计算辅助角α′＝sin-1〔(BB′-AA′)/AB〕；α′比反射面的走向角α略大，反射面倾角γ在70°～90°和∠α在0°～30°的情况下，∠α≈∠α′。反射面倾角γ＝90°-β，计算辅助角β＝sin-1〔(DD′-CC′)/CD)〕。线段AAl≈AA′/cosβcosα′，线段BBl≈BB′/cosβcosα′。
文档编号G01V1/00GK101950030SQ20101026660
公开日2011年1月19日 申请日期2010年8月30日 优先权日2010年8月30日
发明者王荣, 钟世航 申请人:钟世航;王荣