板上依次布置12~24个地震波激发点5,激发点之间距离为 0. 2-1. 5m。在地震波接收点4处钻孔后，在孔底内布置检波器，检波器通过信号传输线与地 震波采集仪器相连。在机械激发装置金属键上安装触发设备，并用信号传输线将触发装置 与采集仪器相连。在激发时，在每个激发点位置布置垫板，在垫板上用机械激发装置金属键 进行冲击产生地震波。在激发的同时，金属键第一时间给采集仪器传输采集信号。由于地 震波在传播的过程中，遇到声阻抗界面，即地质岩性变化的界面、构造破碎带、岩溶和岩溶 发育带等，会产生弹性波的反射现象。地震波激发后，该种反射波和激发后的直达波都会被 布置在隧道围岩内的检波器实时接收与存储；对接收和存储的地震波采集仪器(直达波和 反射波)用计算机数据分析系统进行分析处理即可获取掌子面前方未开挖围岩1的信息，从 而实现在隧道开挖过程中不良地质体2的超前预报。
[0015] 具体操作步骤为： (1) 在隧道已开挖段初支混凝±施工完毕后携带运行正常的设备进入隧道，并进行操 作前的准备工作 (2) 在隧道掌子面6及其四周2米深的未开挖围岩范围内选择地震波接收点4的位置， 根据隧道现场实际施工状况选好位置。正常情况下，为了操作方便，在掌子面6及其四周对 称选取2个接收点4,或在掌子面中垂线左右两侧，或在掌子面6四周左右两侧，接收孔距隧 道底板局度1米，孔涂2米； (3) 根据检波器直径尺寸，选取钻头，钻成2m深的孔，在孔内放置适量的禪合剂，将检 波器依次装入到孔底，封闭孔口； (4) 在隧道已开挖范围内，距掌子面及其四周接收点5-lOm的水平距离处，在隧道中轴 线或与其平行的底板上开始依次选取12-24个地震波激发点5,相邻激发点之间的距离在 0. 2-1. 5m内选取，应选取固定的数值；激发点应布置在隧道上导内，且应尽量缩短测线； (5) 将接收点处的检波器通过信号传输线与地震波采集仪器连接，开启地震波采集仪 器，根据地震波采集仪器设备显示确定检波器信号传输正常； (6) 在机械激发装置上安装金属键，并用信号传输线将触发装置与采集仪器相连，根据 采集仪器设备显示确定触发设备信号传输正常； (7) 在激发过的过程中，要停止一切能产生振动的施工活动，确保激发时无其它震源。 正常情况下，所有激发点从开始激发至激发完成需要5分钟时间。5分钟后恢复任何施工活 动； (8) 在激发点位置放置好垫板，从距接收点最近的激发点开始，依次用金属键对每个激 发点5进行冲击来激发地震波；每激发一点，地震波采集仪器手动或自动储存一次；但某一 激发点数据采集不合格时，可重复采集，直至合格为止； (9) 所有激发点的激发工作完成后，关闭采集仪器设备，所有设备装箱，安全撤出隧 道； (10) 对采集到数据在电子计算机上进行分析处理，出具预报结果。
[0016] 测试实例 利用本发明，选取具有典型弱性围岩特征的甘肃省定西黄±隧道进行隧道地质超前预 报现场试验研究。定西隧道主要穿越第=系泥岩，属于典型的弱性围岩隧道，能够代表甘肃 境内黄±地区所有隧道岩性的特征。定西隧道位于干旱少雨的黄±梁卵地带，隧址区地下 水类型属于孔隙裂隙水，地表沟谷平时干涧，暴雨来临，洪水在山沟容易形成小的山洪。地 表覆盖着第四系上更新统风积新黄±，受历年的剥蚀风化，厚薄不均，中部为上第=系全风 化泥岩，分布较为普遍，下部为上第=系强风泥岩，埋藏较深。
[0017] 如图2所示，隧道左右侧壁为7,隧道掌子面为6,预报检测时掌子面里程为 SK325+713 ;掌子面接收孔的里程为SK325+712 ;激发点布置在隧道中轴线，激发点的起止 里程为SK325+681~SK325+704,激发孔的间距为1.Om，共布置24个激发点。接收孔距离 掌子面的距离为0米；接收孔距离最近的激发点8米。
[0018] 利用本发明对甘肃省定西隧道超前地质预报结论 中轴线SK325+681~SK325+712段布置预报的激发与接收，通过对记录的分析计算，此 段岩体的弹性参数如表1所示。
[0019] 表1是利用本发明对甘肃省定西黄±隧道超前地质预报检测段岩体参数表
从表1可W看出检测段的纵波和横波速度很低，具有极软岩特征。结合图2和图3,经 过综合分析，掌子面前方围岩地质超前预报分段如下： USK325巧 13 ~SK325+742 (29 米） 工程地质特征：围岩状况相比掌子面较破碎。
[0020] 主要不良地质；节理裂隙及弱结构面发育，易巧塌，局部极易巧塌。
[0021] 围岩总体评价：围岩较破碎，局部破碎，一致性较差，左壁显于右壁，总体相比掌子 面较差。
[0022] 2、SK325巧42 ~SK325+774 (32 米） 工程地质特征：岩体相比掌子面破碎。
[0023] 主要不良地质：节理裂隙及弱结构面发育，软硬相间，岩体破碎，极易掉块、巧塌。
[0024] 围岩总体评价：围岩左壁SK325+748-SK325巧74和右壁的SK325+742-SK325+768 段基本处于破裂带上。此段围岩岩体破碎，一致性差，左壁明显显于右壁，总体相比掌子面 差。
[00巧]3、SK325巧74 ~SK325+802 (28 米） 工程地质特征：岩体相比掌子面破碎。
[0026] 主要不良地质：节理裂隙及弱结构面发育，软硬相间，岩体破碎，极易掉块、巧塌。
[0027] 围岩总体评价：围岩左壁SK325+748-SK325巧74和右壁的SK325+742-SK325+768 段基本处于破裂带上。此段围岩岩体破碎，一致性差，左壁明显显于右壁，总体相比掌子面 差。
[0028] 4、建议 建议在施工时短开挖、弱爆破、强支护，防止巧塌、冒顶。
【主权项】
1. 一种基于机械能无损检测隧道地质超前预报方法，其特征在于，在隧道掌子面6及 其四周2米深的未开挖围岩1范围内布置地震波接收点4,在其后已开挖段3的范围内一 定距离的隧道轴线或与其平行的底板上依次布置地震波激发点5,每个激发点位置布置垫 板；在地震波接收点4钻孔后，孔底内布置检波器，检波器通过信号传输线与地震波采集仪 器相连，在机械激发装置上安装触发装置，并用信号传输线将触发装置与采集仪器相连。2. 根据权利要求1所述一种基于机械能无损检测隧道地质超前预报方法，其特征在 于，所述激发点数目为12~24个，激发点之间距离为0. 2-1. 5m。3. 根据权利要求1所述一种基于机械能无损检测隧道地质超前预报方法，其特征在 于，其特征在于，所述激发点垫板尺寸为15cmX 15cmX2cm。4. 根据权利要求1所述一种基于机械能无损检测隧道地质超前预报方法，其特征在 于，其特征在于，所述机械激发装置为金属锤，或橡皮锤，重量为18镑。5. 根据权利要求1所述一种基于机械能无损检测隧道地质超前预报方法，其特征在 于，其特征在于，所述掌子面及其四周接收点距最近激发点的距离为5-10m，接收点数目为 2-4个，接收孔深度2m。
【专利摘要】本发明涉及一种基于机械能无损检测隧道地质超前预报方法，其特征在于，在隧道掌子面及其四周2米深的未开挖围岩范围内布置地震波接收点，在其后已开挖段的范围内一定距离的隧道轴线或与其平行的底板上依次布置地震波激发点，每个激发点位置布置垫板；在地震波接收点钻孔后，孔底内布置检波器，检波器通过信号传输线与地震波采集仪器相连，利用本发明可在衬砌无破坏的前提下，利用稳定可控安全的机械能量来激发地震波，并通过合理布置激发点和接收点位置使地震反射波在“第一时间”到达接收孔，而实现隧道地质超前预报。
【IPC分类】G01V1/20, G01V1/02, G01V1/143
【公开号】CN104977603
【申请号】CN201510295238
【发明人】王长江, 李娟 , 任文宏, 晓龙樊, 刘东波, 李佳, 杨涛涛
【申请人】甘肃智通科技工程检测咨询有限公司, 甘肃路桥建设集团有限公司
【公开日】2015年10月14日
【申请日】2015年6月2日