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博士：隧道超前预报地球物理方法及应用研
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博士：隧道超前预报地球物理方法及应用研究
隧道超前预报地球物理方法及应用研究
肖宽怀；
【导师】王绪本；
【基本信息】成都理工大学，固体地球物理学，2012，博士
【摘要】我国中、西部为多山地区，在地铁、隧道、引水隧洞等大型工程建设项目中，地下工程占有比重较大，并多为项目建设的控制性工程。

在地形条件较差和地质构造复杂的地区，断层带、褶皱、节理裂隙等构造比较发育，地下水丰富，隧道围岩所处的工程地质条件较差，增加了隧道施工难度和危险。

在隧道工程建设施工过程中，隧道开裂、侧移、坍方冒顶、突泥、涌水、诱发山体滑坡等工程与地质病害频繁发生。

为保证隧道工程施工质量、工期、投资和人员设备安全，隧道超前地质预报已被列为隧道施工的重要环节。

隧道地质超前预报是一个国际前沿课题，也是一个难题，各国都在进行研究。

就国内外目前应用和研究的总体水平来看，超前预报技术还处于发展之中，需要在多个方面进行研究、改进和完善。

本次研究工作及成果主要为以下几个方面：1、将隧道超前预报方法研究和数值模拟计算研究成果
与预报实验结合，对现有预报技术特别是TSP预报技术进行了分析和总结，改进了观测系统布置、数据采集和资料处理方法，扩展了其适用范围，提高了预报精度。

2、将地震偏移成像技术和散射成像技术应用到隧道超前预报中，实现了高精度波速分析和高频能量谱成像，结合地质构造特征实现了方向扫描，提高了预报的准确性和可靠性。

3、通过超前预报研究和实验，引进了新的预报理念，提出并应用了隧道内与隧道外探测相结合、地震波的构造探测与电磁法的含水性探测相结合、地球物理探测与地质调查相结合的综合预报方法。

本文通过理论研究和数值模拟计算研究论证了地震反射方法用于隧道超前预报的可行性。

通过隧道超前预报数值模拟计算研究了地震波的特点及其在隧道内介质条件下的传播规律，为预报最佳观测方案的设计、观测系统的合理布置、接收传感器频率的正确选择、波相的准确识别和拾取提供了理论及科学依据。

通过理论研究和方法实验提出的隧道综合预报技术理念突破了国内外现行超前预报的传统观念，提高了预报的可靠性和准确性，对国内隧道超前预报技术的提高和发展能起到极积的推进作用。

摘要4-5
Abstract 5-6
第1章引言10-29
1.1 的研究背景及意义10-12
1.2 国内外隧道地质超前预报研究现状及进展12-24
1.2.1 工程地质调查、推断与超前导坑和超前钻探13
1.2.2 地质雷达探测预报方法13-14
1.2.3 红外线探水预报14-15
1.2.4 瞬变电磁法探水预报15-16
1.2.5 隧道内地震反射预报方法16-24
1.2.5.1 负视速度法17
1.2.5.2 陆地声纳法（LDS）17-18
1.2.5.3 水平地震剖面法（HSP）18-19
1.2.5.4 TBM 掘进机施工的隧道超前预报19-20
1.2.5.5 TSP 超前预报技术20-22
1.2.5.6 TGP 超前预报技术22-23
1.2.5.7 TRT 反射地震层析成像方法23-24
1.3 隧道超前预报方法技术的发展方向－综合预报法24-26
1.4 主要研究内容及成果26-27
1.4.1 主要研究内容26-27
1.4.2 主要研究成果27
1.5 研究方法及技术路线27-28
1.6 的主要创新点28-29
第2章隧道超前预报数值模拟计算研究29-50
2.1 数值模拟基本理论29-33
2.1.1 广义胡可定律29-31
2.1.2 运动微分方程31-32
2.1.3 几何方程32
2.1.4 弹性各向同性介质中的波动方程32-33
2.2 波场特征及其在界面的耦合关系33-37
2.3 二维幅度谱及震源频谱V(ω)对测量波形二维谱的影响37-43
2.3.1 二维幅度谱37-40
2.3.2 震源频谱V(ω)对测量波形二维谱的影响40-43 2.4 隧道表面地震波的转换与传播特征43-46
2.5 隧道与围岩中的波场分析及其波相识别46-47
2.6 开挖面前方地质体反射波的模型实验47-49
2.7 隧道超前预报数值模拟计算研究结果49-50
第3章隧道超前预报实验50-66
3.1 超前预报实验工作概况50-55
3.1.1 GPR 探测预报实验50-51
3.1.2 TSP 探测预报实验51-54
3.1.3 预报实验效果分析54-55
3.2 大风垭隧道超前预报的效果分析55-61
3.2.1 断裂带的预报效果56-57
3.2.2 围岩富水带的预报效果57
3.2.3 软弱岩层的预报效果57-58
3.2.4 排除断层的预报效果58-59
3.2.5 围岩岩性识别的预报效果59-60
3.2.6 围岩工程类别的预报效果60-61
3.3 布陇箐隧道超前预报的效果分析61-62
3.4 地震反射波特征与地质因素关系的分析研究62-64 3.5 地质调查及岩石样品采集与测试64-66
3.5.1 现场地质调查64-65
3.5.2 岩样采集与测试65-66
第4章对TSP 技术的研究与改进66-73
4.1 TSP 技术分析66
4.2 对TSP 存在问题的改进66-73
4.2.1 对TSP 数据采集方法的改进67
4.2.2 对TSP 系统触发方式的改进67-68
4.2.3 传感器套管与围岩耦合质量的提高68-70
4.2.3.1 环氧树脂耦合68-69
4.2.3.2 锚固剂耦合69-70
4.2.4 围岩直达纵波速度分析存在的影响因素70
4.2.5 对TSP 技术地质解释准则需要完善70-72
4.2.6 需进一步提高预报精度72
4.2.7 提高识别围岩工程类别的能力72-73
第5章地震偏移成像技术73-88
5.1 地震资料的预处理73-77
5.1.1 二维滤波与消除面波处理73-74
5.1.2 剔除面波处理74-75
5.1.3 小波变换与地震反射信号的识别与加强75-76
5.1.4 瞬态谱分析与能量谱吸收特征分析76
5.1.5 地震波走时的读取76-77
5.2 地震偏移成像技术77-88
5.2.1 地震记录的编排与观测系统几何参数编辑77-79 5.2.2 偏移成像原理与图像特征79
5.2.3 偏移成像中的速度扫描79-82
5.2.4 偏移成像中的方向扫描82
5.2.5 地震波高频能量衰减偏移成像82-85
5.2.6 地震波前法走时反演成像85
5.2.7 地震偏移成像结果比较与分析85-88
第6章综合预报技术在隧道超前预报中的应用研究88-109 6.1 个旧至大屯公路明珠隧道综合预报88-92
6.1.1 工程概况88-89
6.1.2 综合预报89-92
6.2 掌鸠河引水工程厂口隧洞综合预报92-99 6.2.1 工程概况92-93
6.2.2 高密度电法探测93-94
6.2.3 地震CT 探测94-96
6.2.4 TSP 探测96-98
6.2.5 综合探测预报成果98-99
6.3 国道213 线大风垭隧道综合预报99-109 6.3.1 工程概况99-100
6.3.2 GPR 探测预报100-101
6.3.3 高密度电法探测预报101-103
6.3.4 TSP 探测预报103-104
6.3.5 地震CT 探测104-106
6.3.6 综合预报成果及施工建议106-109
结论109-110
致谢110-111。