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长距离调水工程隧洞施工超前地质预报技术与装备

[稿件来源]:岩土重点实验室 [作者]:周黎明 [发布时间]:2022-03-10


一、技术(产品)简介

  当前我国地下空间技术迎来前所未有的发展契机,随着滇中引水工程、引江补汉工程等一批长距离调水工程陆续开工建设,将涉及大量深埋长大隧洞建设。超前地质预报是确保隧洞施工安全的关键技术,隧洞弹性波超前探测法(Tunnel Elastic-wave Prediction,简称TEP)是以其较好的界面识别能力和较远的探测距离,成为不良地层超前探测不可缺少的重要手段。但受隧洞复杂施工环境影响,震源和检波器只能布置在狭小的隧洞空腔范围内,极小观测孔径导致超前探测采集信息有限,影响地震记录信噪比,难以满足长距离、高精度、高效率的预报要求。而现有的隧洞地震数值模拟较少关注隧洞壁、掌子面等各类边界条件对弹性波场的影响,观测系统设计主要关注如何在狭小空间中压制镜像假象异常,鲜有对比分析各方向偏移距对成像的影响,缺乏合理可行的观测系统。在探测仪器研究方面,国产仪器主要采用动圈式速度型传感器,频宽较窄,难以满足宽频高频需求,检波器与隧洞介质耦合问题也是数据采集的工程难题。

  本技术提供了一种隧洞施工超前地质预报方法与装备,基于隧洞空间岩体地震波场传播机理与正演技术研究,揭示隧洞施工过程典型不良地质体的地震波场传播规律与时空演变特征,建立最优的观测系统,为设备参数选型奠定基础;研发隧洞弹性波超前探测系统装备(TEP),有效解决复杂地质条件下隧洞长距离信号弱、信噪比低等超前地质预报难题;形成隧洞超前探测弹性波数据处理、成像关键技术与流程,研隧洞弹性波数据处理软件,实现了弹性波场的高效高精度处理成图解译;编制了水电行业第一部超前地质预报规范—《水电水利地下工程地质超前预报技术规程》,开发一套集合岩土勘探资料成图和实时互动展示两项功能的地下工程地质综合勘察管理系统,实现超前地质预报精确化、标准化、信息化。

   二、技术(产品)特色 

  本技术适用于深埋长隧洞、大断面地下洞室、交通隧道等地下工程的施工超前地质预报,主要有以下几个方面的技术特点:(1) 预报范围100~200m,预报距离远,尤其对远距离信号的采集能力更强,有助于长距离地质危险带的预报;(2)仪器设备操作简单,采用无线蓝牙数据传输模式和电子触屏显示器,数据采集现场即可远距离实时查看数据采集质量,有效保障预报人员的安全;(3)采用压电式三分量加速度传感器和数据转换器完成数据采集、放大、存储和控制功能,研制新型一体式传感器孔中推送装置,增强传感器与围岩岩体的耦合程度;(4)基于国内外先进的地震数据处理技术,独立自主研发TEP系统数据处理软件系统,实现采集弹性波数据的高效高精度处理成图解译,同时可根据具体工程特点,改进处理算法,以提高预报精度。 

  三、推广应用情况

  本技术出版专著2部,行业规范3部,取得国家专利和软件著作权7项,发表高水平论文50余篇,水利部先进实用技术推广证书1份。已被成功应用于滇中引水工程隧洞、浙江平阳南湖分洪工程、梅汕高速铁路隧洞、蒙华铁路隧洞、新疆天山胜利隧洞等10余项各类项目,取得了显著的社会效益、经济效益,并可进一步推广应用于其他隧洞超前地质预报等相关技术研究,前景广阔。 

  四、联系人及联系方式

  周黎明  13657277785  95352578@qq.com

  五、技术(产品)照片及工程应用照片

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责任编辑:李竹