地震反射波法在隧道超前预报中的应用

•岩土工程与地下工程•
地震反射波法在隧道超前预报中的应用
曾胜强！，奉
建
军
2,
黄
云
2
(1.西南 大学地球科学与环境工程学院，四川成都610031;
2.西南
大学土木工程学院，四川
610031#
【摘要】隧道在挖掘过程中，常发生坍塌、涌水等隧道病害，故隧道超前预报得到了重视与发展，其中 地震反射波法在隧道超前预报中应用最广。

地震反射波法在隧道超前预报中应用的主要方法有负视速度
法、HSP 水平声波剖面技术、TSP 隧道地震预报、TRT 地震层析成像方法、TST 隧道地震CT 成像技术等，由于 这些方法的观测系统与数据处理方式不同而导致反演结果存在差异。

文章主要分析了各类地震反射波法在 反演中存在的差异，评价了方法间的优劣，通过综合分析可知:TST 隧道地震CT 成像技术采用了空间观测系 统、
像方法、散射理论，能采集掌子面前方波速
，反演出异常体空间位置与围岩力学特征。

【关键词】地震反射波法；隧道超前预报；观测系统；数据处理；异常体【中图分类号】
U 456.3 +3隧道在挖掘过程中常发生塌方、岩溶涌水等突发地质灾 害，严重 工进度
害人 全。

手段 有效探
面前方不良地质情况，指导 开挖，低 的发生。

地震反
法在
中得到了广泛应用。

在 九
代初期，负视速度法应用于我
铁 域，曾昭璜、何振起发 关的 果。

二十
九
代期间，HSP ;
剖面技术由中铁西南院提
出，在台湾、
地区得到应用。

， 司
出了 TSP ) 方法，NSA 工程公司研发了 TRT 地震
层 方法，且这 方法在欧亚 获得广泛使用。

本
初期，TST 隧道地震CT 成像技术 授.研
发 ，并应用于
工 域[1]。

各种地震反
法的基
，均是基于惠更斯菲
涅尔
、费 、斯奈尔定律[4]。

在 岩上激发瞬， 的压缩纵波与剪切 在
维空间中传
播，遇到波阻抗分界面产生反
与
，预先放置在隧中的 接收到各类反射及干扰 ，运用 方法 扰 ，提取反 。

基于反 、振、
围岩波速等信息反演获得 面前方不良地质情况。

各种
地震反
法之间的差异主要表现在观测系
列与数据处理方法的不同。

主要基于该层面
讨论，评价
各种地震反 方法间的优劣。

1
负视速度法
视速度法为一维线形排列，在隧道底界面上纵向布置
若干个 与单个震源。

如
1 ，因视速度存在方向
性，震源处激发的地震
着
播，直达视速度为正值，在地震 数据中，直达 下角倾斜。

地震 遇到 阻抗 异的 界面，
向
播的反
，视速度为负值，反
下角倾斜。

直达波与
反 长线的
，对应阻抗差异界面位置。

由
于震源、
列在一条直线上，当地质条件 样，存
【文献标志码】A
在
倾角的波阻抗界面，采集到多条斜率各异的反射波同
相轴，反演得到的波阻抗分界面位置！小于真实距离#。

误 差值为A # = # - !，当波阻抗界面倾角越小，反演得到的误 值越大。

负视速度法采集得到的数 配套的
处件，当地震 数
扰
强，信噪比低，反
法清晰辨认，
反演结果，容易造成误判，导
：故
发。

2
H S P 水平声波剖面技术
H S P 剖面技术为空间排列方式，激发点线形布
置于
墙中，
等距布置接收装置。

震源依次激发，接收装置收 面前方反。

该方法的数据处理
与负视速度法相类似。

基于反 '与直达波波速B ，根据公式！ = 'x B "，反演得到异常体位置，该过程 为走时反演。

与负视速度相比，H SP 的不 处在于观测
系统的排列布置。

观系统为空间排列，充利用横向空
间，获得较可靠的围岩波速，
提反演的准确度。

以上
地震发
法的数据处理均是基于走时反演，获得异常
[定稿曰期]2017-12-13
[作者简介]曾胜强（1992 ~ %，男，研究生在读，研究方
地震。

四川建筑第38卷3期2018.06
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•岩土工程与地下工程•
位置，法评价
面前方的围岩力学
，属于低级
别的处理方法。

在以下讨论的地震反
法中，数据处
是以偏移 技术为基础，弥 走时反演中的不足，处得到异常 程段及围岩力学。

偏移
技术在之后
的地震反
域被广泛应用（图2 )。

图2
HSP 水平声波剖面观测系统
3
T S P 隧道地震预报法
TSP 隧道地震预报法观测系统为
一
维线形排列。

如图3
，
与个震源线形布置在
墙中[3]，震源依次激发，采到的 地震
合
•
数据， 数
反演。

基于互换定理，TSP
与负视速度观测系
，得到的地震数
移距地震， 面方围岩波速无法判定。

在 速度 1
， 给定围岩波速，深度偏移剖面真实性有
榷。

其
次，资处 程中推演得到的&值与泊松比没有可靠的数
支撑，严重 反演结果的真实性[2]。

4
TRT 地震层析成像方法
地震层析成像方法（TRT )观测系统为空间排列。

如图
4,
在拱
线及
墙共计布置于五条测线，每条线等
列两个。

面墙
布置四个震
源，依次激发，空间排列的五条测线 接收反 ，有利
于得到三维空间异常体的分布。

TRT 资料处理是基于 ：定初始波速模型[2]， 地震反
走势，以震源和：器
为椭圆曲线的 ，既有的多个震源与
列组合，在维空间中 个椭圆，异常体与上述椭
切。

在多次矫正模型参数中，找出最优解，
不良地质体的空
间位置及倾斜方向。

5
T ST 隧道地震C T 成像技术
隧道地震CT 成像技术（TST )是以逆散射成像为基础，
能够有
别小于一倍波长的异常体[!]。

观系统如图5
，
别等间距布置6个
，
面横向分布有4 ~5个激发点，
空间观测系统。

不
i
移距的共散射点，基于运动学与动力学特征，运用与TSP 相类
似的处理系统，反演出异常体的空间位置及力学性质。

与
TSP 技术相比，TST 技术有成熟的观测系统与灵活的处理 思想。

6
结束语
地震反
方法观 系 可 为线 与空间
排列。

线
列无法获取
面前方围岩波速，
法准确
反演得到波阻抗差异地段。

空间排列 获得可靠的围岩
速，反演的真实性得到有效提升。

走势反演是基于反 与波速，推异常体位
置。

偏移
技术是应用运动学的走 息与动力学的振
息， 计出异常体位置，后不但可以反演得
到不良地质
程位置，还可判
岩力学。

反
为逆
的特殊情况。

有
，只
大于一个波长的异常体，后者可识别小于一个波长的 。

综上分析，隧道地震C T 成像技术（TST )为空间观测系 ，基于逆 ，运用偏移 技术，大大提 反演的
准确性。

参考文献
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120
四川建筑第38卷3期
2018.06。