基于跨超前水平钻孔地震CT的超前地质预报方法及系统技术方案

本发明专利技术属于隧道超前地质预报技术领域，公开了一种基于跨超前水平钻孔地震CT的超前地质预报方法及系统，包括：在隧道掌子面靠左右边墙处以一定外插角，各打一个地震波激发孔和接收孔。常规情况下，采用“矩形对穿”方式进行数据采集。前方探测到异常情况下，加密测点，采用“扇形对穿”方式进行数据采集。通过控制震源点和接收点的数量、炮间距以及道间距来控制探测长度和精度。各打一个超前水平钻孔分别为：一孔布置R个震源点，另一孔布置R个接收点。系统包括未开挖段落隧道和已开挖段落之间设置有掌子面，隧道掌子面靠左右边墙处以一定外插角，各打一个地震波激发孔和接收孔。本发明专利技术实现了对隧道掌子面前方地质情况的精准化预报。现了对隧道掌子面前方地质情况的精准化预报。现了对隧道掌子面前方地质情况的精准化预报。

【技术实现步骤摘要】
基于跨超前水平钻孔地震CT的超前地质预报方法及系统


[0001]本专利技术属于隧道超前地质预报
，尤其涉及一种基于跨超前水平钻孔地震CT的超前地质预报方法及系统。

技术介绍

[0002]目前，国内外常用的隧道超前地质预报方法如地震波反射法、地质雷达法、时域瞬变电磁法等均是在已开挖面布置观测系统，其预报精度会随探测距离的增加而衰减。跨孔地震CT技术是基于介质间弹性波速差异探测识别异常区域的高新探测技术，是现代地震数字观测技术与计算机技术结合的产物，其优点是分辨率高，可实现对地层结构和目标体的精细探测。该技术在工程勘察领域(如工程线路、场地、边坡、隧道、桥梁桩基等)以及可溶岩岩溶地层溶洞探测中得到广泛应用，并取得了良好的效果。但常规的跨孔地震CT技术的应用通常基于竖直孔，如果在水平孔里应用该技术，就可以实现对隧道掌子面前方地质情况的精准化预报。
[0003]现有技术存在的问题及缺陷为：1、常用的超前地质预报方法均是在已开挖面布置观测系统，其预报精度会随探测距离的增加而衰减，无法满足精细化探测要求。2、常规的跨孔地震CT技术的应用通常基于竖直孔，被应用于地表竖直方向的地质情况探测，而隧道开挖前需要探测掌子面前方即水平方向的地质情况，因此常规的跨孔地震CT技术无法被应用于对隧道掌子面前方地质情况的探测中。
[0004]解决以上问题及缺陷的难度为：一直以来，跨孔地震CT技术均是在竖直孔中实现，本方法首次将跨孔地震CT技术在隧道超前水平钻孔中实现，需要解决掌子面超前水平钻孔的固孔以及激发和接收装置与孔壁围岩的耦合方式问题。
[0005]解决以上问题及缺陷的意义为：目前常用的隧道超前地质预报方法无法满足精细化探测要求，而跨孔地震CT技术可以满足精细化探测要求，却没有被应用于隧道超前地质预报中，本方法将二者有机结合，实现对隧道掌子面前方地质情况的精准化预报，保障隧道施工安全。

技术实现思路

[0006]针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种基于跨超前水平钻孔地震CT的超前地质预报方法及系统。
[0007]本专利技术是这样实现的，一种基于跨超前水平钻孔地震CT的超前地质预报方法，所述基于跨超前水平钻孔地震CT的超前地质预报方法，包括：
[0008]步骤一，在隧道掌子面靠左右边墙处水平方向以一定外插角各打一个地震波激发孔和接收孔，然后分别向孔中输送套管进行固孔以防止数据采集过程中塌孔；
[0009]步骤二，在激发孔中布置R个震源点，在接收孔中布置R个接收点。常规情况下，如图8所示，采用“矩形对穿”方式进行数据采集，即第R个震源点激发地震波，相对应的第R个接收点接收地震记录，形成1
×
1的矩形对穿。具体实现过程如下：首先将电火花震源置于第
R个震源点位置，将带有R个接收点的检波器线缆置于接收孔内，将激发孔和接收孔灌满水以保证震源和接收器与孔壁的良好耦合，然后用电火花震源在第R个震源点位置激发地震波，相应的第R个检波器接收并记录；依次改变震源位置并重复上述步骤，直至R个震源点全部激发地震波。如果探测到前方异常情况，如图9所示，加密测点，采用“扇形对穿”方式进行数据采集，即每个震源点激发的地震波都对应有R道接收，形成R
×
R的扇形对穿。该步骤是数据采集的关键，必须保证接收器采集到有效、准确的地震波记录。
[0010]步骤三，通过控制震源点和接收点的数量、炮间距以及道间距来控制探测长度和精度。在探测长度固定的条件下，震源点和接收点的数量越多(即R越大)，探测精度越高。
[0011]进一步，所述步骤一中，各打一个超前水平钻孔分别为：一孔布置R个震源点，另一孔布置R个接收点。
[0012]本专利技术的另一目的在于提供一种实施所述基于跨超前水平钻孔地震CT的超前地质预报方法的基于跨超前水平钻孔地震CT的超前地质预报系统，所述基于跨超前水平钻孔地震CT的超前地质预报系统中未开挖段落隧道和已开挖段落之间设置有掌子面，隧道掌子面靠左右边墙处以一定外插角，各打一个地震波激发孔和接收孔。
[0013]结合上述的所有技术方案，本专利技术所具备的优点及积极效果为：
[0014]跨超前水平钻孔地震CT技术分辨率高，可实现对隧道开挖掌子面前方地质情况的高精度探测，准确预报异常地质情况，保障隧道施工安全。
附图说明
[0015]为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0016]图1是本专利技术实施例提供的基于跨超前水平钻孔地震CT的超前地质预报方法流程图。
[0017]图2是本专利技术实施例提供的基于跨超前水平钻孔地震CT的超前地质预报系统结构示意图。
[0018]图中：1、未开挖段落隧道；2已开挖段落；3、掌子面；4、激发点；5、接受点。
[0019]图3是本专利技术实施例提供的等时面族与射线族关系图。
[0020]图4是本专利技术实施例提供的时间梯度和视速度示意图。
[0021]图5是本专利技术实施例提供的地层速度模型示意图；图中(a)均质地层；(b)含蚀变带地层。
[0022]图6是本专利技术实施例提供的地震波射线路径；图中：(a)均质地层；(b)含蚀变带地层。
[0023]图7是本专利技术实施例提供的地震记录示意图；图中：(a)均质地层；(b)含蚀变带地层。
[0024]图8是本专利技术实施例提供的1
×
1矩形对穿数据采集方式示意图。
[0025]图9是本专利技术实施例提供的R
×
R扇形对穿数据采集方式示意图。
[0026]图10是本专利技术实施例提供的基于跨超前水平钻孔地震CT的超前地质预报方法的
实现流程图。
具体实施方式
[0027]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术，本专利技术需要强调的是，用电磁CT替换地震CT同样可以达到对掌子面前方地质情况的精细探测，并且电磁CT在现场实施起来更加便捷。
[0028]针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种基于跨超前水平钻孔地震CT的超前地质预报方法及系统，下面结合附图对本专利技术作详细的描述。
[0029]如图1所示，本专利技术实施例提供的基于跨超前水平钻孔地震CT的超前地质预报方法，包括：
[0030]S101：在隧道掌子面靠左右边墙处以一定外插角，各打一个地震波激发孔和接收孔；
[0031]S102：常规情况下，采用“矩形对穿”方式进行数据采集，即第R个震源点激发地震波，相对应的第R个接收点接收地震记录，形成1
×
1的矩形对穿；
[0032]S103：前方探测到异常情况下，加密测点，采用“扇形对穿”方式进行数据采集，即本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于跨超前水平钻孔地震CT的超前地质预报方法，其特征在于，所述基于跨超前水平钻孔地震CT的超前地质预报方法，包括：在隧道掌子面靠左右边墙处以一定外插角，各打一个地震波激发孔和接收孔，其中激发孔内布置R个震源点，接收孔内布置R个接收点；常规情况下，采用“矩形对穿”方式进行数据采集，即第R个震源点激发地震波，相对应的第R个接收点接收地震记录，形成1
×
1的矩形对穿；前方探测到异常情况下，加密测点，采用“扇形对穿”方式进行数据采集，即每个震源点激发的地震波都对应有R道接收，形成R
×
R的...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋振东，曹化平，牟元存，王树栋，高树全，张新平，汪文强，
申请(专利权)人：中铁二院成都工程检测有限责任公司，
类型：发明
国别省市：