隧道超前预测地震波伪谱法数值模拟
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。
隧道施工地质超前预报方法
隧道施工地质超前预报方法随着城市发展和交通建设的不断推进，隧道施工已成为现代建设中一个不可或缺的环节。
然而，隧道施工面临的地质条件千差万别，地质灾害频发，给工程造成了巨大的风险和难题。
为了减少施工风险，提高施工效率，隧道施工地质超前预报方法应运而生。
隧道施工地质超前预报方法是通过对地质条件进行综合分析和评估，预测隧道施工中可能遇到的各种地质问题，并提前采取相应的措施，以确保施工的顺利进行。
这种方法能够帮助工程师更好地了解隧道施工地质特征，预先洞察潜在的地质问题，并通过调整设计和施工方案，合理选择施工技术和方法，最大限度地减少施工风险。
在隧道施工地质超前预报中，主要包括以下几个方面的内容。
第一，地质勘察。
地质勘察是隧道工程施工的基础。
通过对施工区域的各种地质资料的收集和综合分析，可以了解地质条件的分布和变化规律，为后续的超前预报提供可靠的依据。
地质勘察需要采用多种勘察方法，如地质测量、地质探测和地质钻探等，以获取准确的地质资料。
第二，地质分析。
地质分析是对勘察得到的地质资料进行解读和分析，找出其中的隐患和危险因素。
地质分析需要根据勘察资料中的地质构造、地层分布和岩石性质等信息，确定可能出现的地质问题和灾害类型，并进行风险评估，以便对施工中可能遇到的地质问题进行超前预测。
第三，数值模拟。
数值模拟是一种重要的地质超前预报方法。
通过建立合理的地质模型和施工模型，运用数值分析方法，模拟和预测隧道施工中的地应力、岩层位移和地下水变化等地质现象，为施工方案的选择和调整提供科学依据。
数值模拟需要综合考虑地质条件、隧道结构和施工工艺等因素，并进行多次仿真和优化，以获得准确的预测结果。
第四，地质监测。
地质监测是地质超前预报的重要手段之一。
通过在施工过程中对地应力、岩层位移和地下水等地质指标进行实时监测和记录，可以及时发现并评估地质问题的变化趋势，采取相应的对策和措施。
地质监测需要选取适当的监测点位和监测设备，合理进行数据采集和分析，以提供准确的地质预测和施工指导。
地震波法超前地质预报技术在隧道施工中的运用
管理及其他M anagement and other地震波法超前地质预报技术在隧道施工中的运用肖坤林，刘 娇，贾小杰（中国冶金地质总局地球物理勘查院，河北 保定 071000）摘 要：目前隧道工程取得了前所未有的发展，同时隧道工程地质问题也变得更加复杂。
超前了解隧道掌子面前方的地质情况，对于隧道建设有着十分重要的作用。
隧道施工阶段进行超前地质预报显得尤为重要。
本文简述了地震波法超前地质预报技术的基本原理、操作方法及数据采集参数和检波器耦合剂对数据质量的影响。
最后对预报结果和围岩实际开挖情况进行对比分析。
关键词：复杂；超前；地震波超前地质预报；数据采集参数；检波器耦合剂；对比分析中图分类号：P631.4 文献标识码：A 文章编号：11-5004（2020）07-0248-3收稿日期：2020-04作者简介：肖坤林，男，生于1987年，汉族，广西桂林人，本科，中级工程师，研究方向：隧道地震超前预报及溶洞、塌陷区物探勘察。
目前隧道工程较多且地质条件越来越复杂，有灰岩地区、花岗岩地区、黄土高原、第四季覆盖等等，隧道施工中会遇到岩溶、空洞、软土地段、地下暗河、构造破碎带等不良地质环境，这给隧道施工增加了难度，同时也增加了隧道施工时发生安全事故的机率，所以进行地质超前预报是十分重要的。
最近几年，以TSP 为主的工程技术引起了中国工程技术人员的重视和认同，在1996年，我国的铁路部隧道工程局第一次引进了TSP202仪器，之后为了解决隧道超前地质预报和隧道地质监测这两个方向的工作需要，北京市水电物探研究所，通过多年的努力研发，终于开发出TGP12多功能隧道超前地质预报与检测仪和与之相匹配的TGPWin 软件处理系统。
目前地震波超前地质预报的主要内容有[2-6]：地层岩性、地质构造、不良地质体、地下水。
进行地质超前预报有以下几个目的：①进一步查清隧道开挖掌子面前方的工程地质与水文地质条件，指导工程施工的顺利进行；②降低地质灾害发生的机率和危害程度；本文以湖南某隧道为例，结合区内地质资料和隧道的施工设计图，对预测段进行分析处理。
研究超前地质预报隧道工程论文
研究超前地质预报隧道工程论文研究超前地质预报隧道工程论文1常用隧道预报方法的基本原理1．1TSP隧道地震波探测超前地质预报方法隧道地震超前预报测量系统简称TSP(TunnelSeismicPredic-tion)，是我国20世纪90年代从瑞士安伯格(AMBEＲG)测量技术公司引进的一套先进的地质超前预报探测系统，也是我国目前应用较为广泛的一种。
TSP和其他的反射地震波方法一样，采用了回声测量原理:地震波在指定的震源点(通常在隧道的左边墙或右边墙，大约24个炮点布成一条直线)用小量炸药激发产生，产生的地震波在岩石中以面波的形式向前传播，当地震波遇到岩石物性界面(即波阻抗界面，例如断层，岩石破碎带，岩性突变等)时，一部分地震信号返回来，一部分地震信号透射进入前方介质，反射的地震信号被两个三维高灵敏度的地震检波器(一般左边墙和右边墙各一个)接收。
通过对接收信号的运动学和动力学特征进行分析，便可推断空洞断层，岩石破碎等不良地质体的位置、规模、产状及岩石力学参数。
1．2红外探水超前地质预报方法对地球表层岩体的温度起到主导作用的是地球地热场。
在一定深度范围内，深度方向每增加1km，地热场的温度则相应的增加30℃，而与其垂直的水平方向，地热场的`温度变化却非常小，由此得出结论，在一定深度下，开挖隧道的岩体，可将其看做位于一恒定温度场中，为一常温场，温度的变化几乎为零。
所以，当预计即将开挖的掌子面后方存在含有水的岩层，如溶洞、裂隙水等，且该含水岩层与开挖岩体存在一定的温度差时，岩体中会产生相应的热传导和对流作用，那么温度场即不再为恒温场，故而会产生一定的温度异常场，由于这种异常的存在，故掌子面上会存在着温度的差异，所以利用红外辐射测温法测定这种温度变化差异，就可预报掌子面前方的含水层情况。
这种方法就是红外探水超前地质预报方法。
1．3其他几种超前预报方法超前预报法除了上述介绍的几种之外，还包括HSP水平声波刨面法、声波CT技术等几种方法，相对而言，这几种方法运用较少。
隧道隧道超前地质预报模拟报告(地震波法)
报告编号：检测报告委托单位：工程名称：隧道超前地质预报（地震波法）检测类别：超前地质预报报告编号：项目名称：隧道超前地质预报（地震波法）检测类别：超前地质预报（地震波法）模拟报告委托单位：检测单位：建设单位：------------------------设计单位：------------------------承包单位：------------------------计量认证编号：------------------------资质等级：------------------------检测人员：编写：审核：批准：检测日期：年月日至年月日报告日期：年月日目录1项目概况 (1)2检测目的 (1)3检测参数及依据 (1)4仪器设备 (2)5检测方法 (2)5.1地质调查法 (2)5.2地震波法 (2)5.3提交报告资料 (3)6检测结果 (3)6.1地质调查结果 (3)6.2地震波法检测结果 (4)7检测结论与施工建议 (8)7.1超前地质预报结论 (8)7.2施工建议 (9)8附表 (10)1项目概况******隧道********县****境内，隧道起点桩号K45+976，终点桩号K46+156，长180m，隧道进口轴向方位角110°，最大埋深约51m。
进洞口附近有村村通公路通过，出洞口附近有S221通过，交通较为便利。
隧道设计速度为80km/h。
本次检测信息见下表：探测时间探测面探测范围备注年月日掌子面K46+020～K46+140 /2检测目的为隧道信息化施工提供掌子面前方围岩的工程地质条件，提前做好施工组织和准备必要的施工措施,保障施工安全。
（1）在施工前期地质勘察成果的基础上，进一步查明掌子面前方一定范围内围岩的地质条件，进而预测前方的不良地质以及隐伏的重大地质问题。
（2）为信息化设计和施工提供可靠依据，了解掌子面前方工程地质条件、水文地质条件及围岩类别，为施工单位正确选择施工方法、支护设计参数提供依据。
伪谱法地震波场数值模拟
伪谱法地震波场数值模拟李信富;李小凡【摘要】从速度-应力弹性波动方程出发,利用基于快速傅立叶变换的伪谱法对地质模型进行波场模拟,旨在提高模拟的速度和精度.相应的方法可用于均匀介质和不均匀介质中地震波传播的模拟.模拟结果表明,伪谱法是一种有效的地震波数值模拟方法:易于实现,计算速度快、计算效率高,其计算速度是有限差分方法的数倍,能有效克服数值频散.【期刊名称】《桂林理工大学学报》【年(卷),期】2007(027)002【总页数】4页(P178-181)【关键词】伪谱法;地震波;传播;数值模拟【作者】李信富;李小凡【作者单位】中国科学院,地质与地球物理研究所,岩石圈演化国家重点实验室,北京,100029;中国地质大学(北京)地下信息探测技术与仪器教育部重点实验室,北京,100083;中国科学院,地质与地球物理研究所,岩石圈演化国家重点实验室,北京,100029【正文语种】中文【中图分类】P631.41正演模拟对地震反演以及时间剖面解释相当重要. 数值模拟的方法主要有3 种：有限差分法( FDM) 、有限元法( FEM) 和伪谱法( PSM) .有限差分法的算法简单快速，但难以克服频散效应，而要解决频散问题，须加密数值计算的网格，但势必导致计算量增加、效率下降，耗费大量的计算资源. 有限元法模拟是目前最精确的一种正演模拟方法，但它对计算机内存要求很高，计算量较大. 因此，选择一种既能精确计算、又有较高计算效率的数值模拟方法就显得非常必要. 伪谱法正好符合这种要求［1］，权衡精度和效率，该法有其他两种方法不可替代的优点.在二维介质中，用伪谱法［2－5］作波传播的正演数值模拟由来已久，由于条件限制，以前的研究者仅限于二维算法程序的开发和研究［6 －8］. 20世纪80 年代末，Reshef 和Kosloff 等人［9，10］用三维声波方程和三维弹性波方程做均匀各向同性介质中波传播的模拟. 随着实际地震勘探的深入以及工作地区地层的日趋复杂，复杂地层以及各向异性介质中地震波传播的研究愈来愈受到重视. 伪谱法的研究近年不断有成果发表［11，12］，由此可见，这项研究有其实际意义和前景. 下面将介绍二维速度－应力伪谱法地震波数值模拟方法，并分析所得到的数值模拟结果. 三维问题将在后续文章中介绍.1 二维弹性动力学基本方程伪谱法是地球物理数值模拟中一种很重要的方法，主要思想在于运用离散傅立叶变换求解导数. 本文研究的内容是从速度－应力弹性波动方程出发，利用基于快速傅立叶变换的伪谱法对地质模型进行波场模拟.在二维非均匀介质中，一阶齐次速度－应力弹性波动方程是其中v = ∂u/∂t;σxx，σyy，τxz 为应力;ρ 为密度;λ，μ 为拉梅常数. 拉梅常数可以表示为P波速度Vp、S 波速度Vs 和密度ρ 的函数2 伪谱法的稳定性和子波的选取伪谱法计算的稳定性条件可从矩阵稳定性分析得到［13］其中空间网格取Δd = Δx = Δz，Vmax 是所取的最大速度值.其网格剖分方法见图1.图1 网格剖分示意图Fig.1 Schematic diagram for grid generation本实验中所选取的子波是主频为25 Hz 的Ricker 子波，其时间表达式为3 数值实验3.1 均匀介质首先对均匀介质中的波场传播进行模拟，模型的网格为128 ×128，网格间距Δx、Δy 为10 m，时间采样间距Δt=0.001 s，介质速度为Vp =1000 m/s，Vs =600 m/s，介质密度为2.2 ×103 kg/m3，震源设在模型中心，震源采用集中力源，模拟计算出的波场快照如图2 所示.从波场快照可以看出清晰的辐射模式，集中力源激发的波场中既有P 波又有S 波. 外圈为P 波，内圈为S 波.理论分析认为，在各向同性介质中，波场应从波源向各个方向以相同大小的速度扩散，波前形成一个正圆( 球) 的形状，数值模拟的结果也是如此.纵波和横波的波速不同( 一般纵波速度大于横波速度) ，随着时间的推移它们彼此分离.通过对输出变量的改变，还得到了特定点随时间变化的地震图，从( 40，40) 点处的地震图( 图3) 可以看出，同样没有转换波产生.图2 均匀介质中的伪谱法波场快照Fig.2 Snapshots of wave in homogeneous media obtained by pseudospectral method图3 坐标为(40，40) 处的地震图Fig.3 Seismogram of point (40，40)3.2 层状介质模型对一个复杂的模型进行处理：模型从上到下分为4 个不同的波速区，有2 个区域又分为左右2个波速不同的区域，模型网格为128 ×128，网格间距为10 m，震源点位于( 64，20) ，Δt =0.05 ms，密度ρ =2 600 kg/m3，模型几何结构及模拟结果如图4 与图5 所示( 速度单位： m/s) .图4 层状模型示意图Fig.4 Schematic diagram of the layered model从快照( 图5a、b) 中可以看到，由于反射和透射界面的存在，地震波在这样一个介质模型中的传播是较复杂的，在不同速度区的界面上既有透射波又有反射波以及多次反射波. 各种波在快照上都有清晰的反映，图中可清晰地显示出各个界面的反射波和折射波. 伪谱法中，对边界的处理比较难，关于边界条件的讨论将在后续文章中详细论述.另外，对同样模型采用有限差分的方法得到了如图5c 所示的正演结果. 有限差分方法虽然也能够辨别出各个速度层，但没有伪谱法那么清楚，而且数值频散很严重. 图5 层状低速伪谱法( a，b) 与有限差分法( c) 数值模拟结果Fig.5 Snapshot of wave in the layered media obtained by pseudospectral method ( a，b) and finite difference method ( c)3.3 含圆形低速区的介质模型分别利用伪谱法和有限差分法对含有圆形低速区的模型进行了正演，背景介质中P 波与S 波的速度分别是4 000 和2 310 m/s，低速带的纵横波速度分别是2 000 和1 155 m/s，介质密度ρ =2 600 kg/m3，采样间隔Δt=0.05 ms，震源位于模型的中心. 模型数据如图6.利用伪谱法进行模拟，结果如图7a、b. 集中力源在这样的介质中激发，产生的纵横波在介质的分界面上产生反射和折射等，在图中有清晰的反映. 波的传播的方向性非常清晰地显示了出来.圆形低速区有明显的显示.对同样的模型，用有限差分方法计算了其水平分量，计算结果如图7c 所示.从图中可以看出，有限差分方法效果非常不理想，数值频散非常严重，圆形低速区基本上没有能够反映出来.图6 含圆形低速区模型示意图Fig.6 Schematic diagram of the low-velocity circle model图7 含圆形低速区介质伪谱法( a，b) 与有限差分法( c) 数值模拟结果Fig.7 Snapshot of wave in heterogeneous media obtained by pseudospectral method ( a，b) and finite difference method ( c)4 结束语(1) 应力－速度伪谱法是一种很有效的数值模拟方法，易于实现，计算速度快、效率高. 由于应力－速度伪谱法是一阶导数近似，使得精度大大提高. 应力方程不用对弹性模量进行空间微分，因此可以很好地适应弹性参数强烈变化的介质，从而能够更客观地反映介质中波场的传播规律.(2) 傅立叶伪谱法在节点上求空间微分，是一种和有限差分法类似的数值计算方法. 它的空间求导精度比有限差分法高，因此对相同的精度而言，所需要的节点数少，节省计算内存. 由于使用FFT，计算速度比有限差分法快，更适用于大规模数值模拟计算.(3) 傅立叶伪谱法使用了快速傅立叶变换，因此网格点数要求是2 的整数次幂.(4) 计算结果的主要噪声来源于所使用的FFT算法和介质参数的不连续面，交错网格可以有效减小这些噪声，交错网格的研究正在进一步进行中.(5) 如何有效考虑地形起伏、复杂形状的界面、自由表面条件等尚需继续研究.【相关文献】［1］Fornberg B. The pseudospectral method： Acurate representation of interfaces in elastic wave calculations ［J］. Geophysics，1988 ，53 (5) ： 625－637.［2］Kreiss H，Oliger parison of accurate methods for the integration of hyperbolic equation［J］.Tellus，1972 ，24：199－215.［3］Orszag S parison of pseudospectral and spectral approximation［J］.Stu.Appl.Math.，1972，51 ：253－259.［4］Fornberg F. On a Fourier method for the integration on hyperbolic equation ［J］. Soc. Industr. Appl. Math.，1975 ，12 ： 509－528.［5］Gazdag J. Modelling of the acoustic wave equation with transform methods ［J］. Geophysics，1981，46： 854 ～859.［6］Kosloff D D，Baysal E. Forward modeling by a Fourier method ［J］. Geophysics，1982，47 (10) ： 1402－1412.［7］ Kosloff D. Elastic wave calculations by the Fourier method［J］. Bull. Seis. Soc. Am.，1984 ，74 (3) ： 875－891.［8］Huang B. A program for two-dimensional seismic wave propagation by the pseudospectral method ［J］. Computer ＆ geosciences，1992，18 (2/3) ： 289－307. ［9］ Reshef M，Kosloff D. Three-dimensional acoustic modeling by the Fourier method ［J］. Geophysics，1988，3 ( 9) ：1175－1183.［10］Reshef M，Kosloff D. Three-dimensional elastic modeling by the Fourier method ［J］. Geophysics，1988，53 ( 9) ：1184－1193.［11］谢桂生，包吉山.各向异性介质中弹性波模拟及波场特征研究［J］.石油地球物理勘探，1996，31(6) ：806－814.［12］ Furumura T，Kenentt L，Takenada H. Parallel 3D pseudospectral simulation of seismic wave propagation ［J］.Geophysics ，1998，63 (1) ： 279－288.［13］张文生. 各向异性介质弹性参数反演理论方法与数值方法研究［D］. 长春：吉林大学，1997.。
隧道超前地质预报方法
隧道超前地质预报方法
隧道超前地质预报方法是一种通过地质勘探和预测技术来预测隧道施工中可能遇到的地质条件，从而提前采取相应的措施来降低风险和成本。
这些方法包括：
1.地质勘察：通过地质调查、地质钻探等手段，获取隧道施工区域的地质资料，了解地层结构、岩石类型、地下水情况等信息，以及可能存在的地质灾害隐患。
2.地质预测技术：利用地球物理勘探、遥感技术、地质雷达等先进技术手段，对隧道施工区域进行地质预测，预测可能遇到的地质问题和隐患。
3.数值模拟和风险评估：通过数值模拟和风险评估技术，对隧道施工中可能遇到的地质条件进行量化分析，评估可能的影响和风险程度。
4.监测预警系统：建立地质监测预警系统，对隧道施工过程中的地质情况进行实时监测和预警，及时发现和应对地质灾害隐患。
通过以上方法，可以提前预测和控制隧道施工中的地质风险，为工程施工提供科学依据，降低工程风险和成本。
隧道超前地质预报方法
隧道超前地质预报方法隧道超前地质预报是一种通过某种方法，在施工前预测和评估隧道施工过程中可能遇到的地质问题和风险的技术。
它对隧道施工的安全和效率起着至关重要的作用。
本文将介绍一些常用的隧道超前地质预报方法。
1. 阶段性地质调查方法：在隧道施工前，进行阶段性的地质调查，包括采取地质勘探、钻孔、取样等手段获取地质数据，通过对地层的分析和解释，预测可能遇到的地质问题和风险。
这种方法的优点是相对简单易行，可以提供较为准确的地质信息，但是由于只在施工前进行调查，可能对一些时间变化较大的地质问题预测不准确。
2. 无人机航测方法：利用无人机进行航测，获取隧道施工区域的高分辨率影像和三维数据，通过对这些数据的分析和处理，可以初步判断隧道的地质情况，并预测可能出现的地质问题。
这种方法的优点是成本相对较低，覆盖范围广，可以快速获取地质信息，但是由于分辨率有限，可能无法准确预测细微的地质问题。
3. 地质雷达方法：地质雷达是一种利用地质物理方法来探测地下结构和地质体的设备。
通过对隧道施工区域进行地质雷达勘探，可以获取地下结构的信息，识别隧道施工过程中可能遇到的地质问题，如断层、裂隙、溶洞等。
这种方法的优点是能够提供较为准确和详细的地质信息，可以实时监测地下结构的变化，但是设备昂贵，需要专业技术人员操作。
4. 地质参数反演方法：通过对隧道施工区域进行地震波、电磁波等探测，采集地质参数的信息，然后利用逆推算法进行计算和分析，预测可能遇到的地质问题。
这种方法的优点是能够提供较为准确的地质参数，可以实时监测地下结构的变化，但是设备昂贵，需要专业技术人员操作。
5. 数值模拟方法：利用数值模拟软件对隧道施工过程进行模拟和预测，通过对地下结构和地质条件的建模，可以模拟施工过程中可能遇到的地质问题和风险，如地层塌陷、岩爆等。
这种方法的优点是可以模拟多种地质情况，提供全面的地质信息，但是需要较强的计算能力和专业的技术支持。
总之，隧道超前地质预报方法是一项复杂而关键的技术，需要综合运用多种方法和手段，才能提供准确和可靠的地质预报结果。
隧道超前地质预报(地震波法)作业指导书
超前地质预报（地震波法）1适用范围本作业指导书适用于隧道超前地质预报（地震波法）现场检测。
2 执行标准《公路隧道施工技术规范》(JTG F60-2009)；《公路隧道设计规范第一册土建工程》(JTG 3370.1-2018)；《公路隧道施工技术细则》（JTG/T F60-2009）《公路工程物探规程》（JTG/T C22-2009）；《铁路隧道超前地质预报技术规程》（Q/CR 9217-2015）；经批准的施工设计图纸及变更设计文件。
3检测目的（1）进一步查明前期没有探明的、隐伏的重大地质问题，有针对性地采取预防措施，预防隧道塌方、突水、突泥等灾害性事故发生，减少事故发生的概率，确保施工安全。
（2）根据预报成果，及时为施工提供可靠的地质信息，为合理制定施工方案，减少盲目施工，加快施工进度，进行动态投资控制提供地质依据；（3）为编制竣工文件提供地质资料，为隧道贯通后长期安全运营提供资料。
4仪器设备TRT7000隧道地质超前预报系统5资料收集在检测前，应该收集以下资料：（1）各隧道地质勘查总报告（2）工程名称、隧道设计施工图纸；（3）建设、设计、施工及监理单位名称；（4）施工期间钻孔出现异常情况等相关资料、记录；6试验检测过程6.1 检测方法6.1.1检测原理TRT是隧道地震波反射层析成像技术的简称，该技术的基本原理在于当地震波遇到声学阻抗差异（密度和波速的乘积）界面时，一部分信号被反射回来，一部分信号透射进入前方介质。
声学阻抗的变化通常发生在地质岩层界面或岩体内不连续界面。
反射的地震信号被高灵敏地震信号传感器接收，通过分析，被用来了解隧道工作面前方地质体的性质（软弱带、破碎带、断层、含水等），位置及规模。
6.1.2震源与测点布置TRT的震源和检波器采用分布式的立体布置方式，具体方法如下图所示：图5-3震源和检波器的布置方式示意图6.1.2.1确定击振点的位置击振点要选在掌子面后面喷射混凝土强度达到100%以上的初期支护上，要避开拱架。
隧道地质超前预报技术
隧道地质超前预报技术1. 引言隧道建设是现代交通建设的重要组成部分，隧道地质条件的复杂性对隧道工程的施工和安全性提出了严峻的挑战。
为了解决隧道施工过程中可能遇到的地质风险，隧道地质超前预报技术应运而生。
本文将介绍隧道地质超前预报技术的原理、方法和应用，以及该技术在隧道施工中的重要性。
2. 隧道地质超前预报技术的原理隧道地质超前预报技术是通过对隧道施工前的地质条件进行详细的调查和分析，预测和评估可能出现的地质风险。
该技术主要基于以下原理：•地质调查和勘探：通过采集地质样本、进行地质勘探及地质灾害调查，了解地质构造、地层特征和地下水状况等，对地质风险进行定性和定量的评估。
•地质力学：通过地质力学原理，预测地下岩体的力学性质和变形规律，评估岩体的稳定性和支护设计，以减少隧道施工中的地质风险。
•数值模拟：通过数值模拟方法，建立地质构造与岩体的力学模型，预测隧道施工中可能遇到的地质情况，提供施工方案和应对措施。
3. 隧道地质超前预报技术的方法3.1 地质调查和勘探地质调查和勘探是隧道地质超前预报技术的基础，包括地质钻探、地质样本采集、地质地震勘测等方法。
通过这些方法可以获取地下岩体的物理、化学特征，了解地层的分布、厚度和理化性质等。
地质调查和勘探的结果对隧道施工提供前期的地质信息，为后续的超前预报提供可靠的数据支持。
3.2 地质力学分析地质力学分析是通过对地下岩体的力学性质和变形规律进行研究，预测岩体的稳定性和支护设计。
这包括进行岩石力学实验，获取岩体的强度、刚度、变形特性等参数。
通过将这些参数输入到数值模拟中，可以预测隧道施工中可能遇到的地质条件，提前做好施工方案和支护设计。
3.3 数值模拟技术数值模拟技术是隧道地质超前预报技术的核心方法之一，它通过建立地质构造和岩体的力学模型，模拟隧道施工中地质条件的变化和岩体的稳定性。
数值模拟可以预测隧道施工过程中可能出现的地质问题，如岩层塌方、地层变形、地下水突泉等，在预报结果的基础上制定相应的施工方案和措施。
隧道地震波超前预报的数据采集技术
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探
34 卷
2 m; 软岩与较软岩隧道地震波衰减快 , 炮距宜选小 , 可选 1~ 1 . 5 m。 3 . 2 偏移距 偏移距是炮点与接收点的最小距离, 与预报距 离有关 , 在激发能量满足条件下, 偏移距增大时 , 管 波到达时间随之增大, 推迟它对有效反射回波的影 响 , 增大了预报距离。另外 偏移距过小 , P 波、 S波 的到达时间相差太小无法分 辨, 直接影响 S 波 ( 后 续波 )的读时精度和速度的准确性。笔者根据多年 的地震波工作实践, 总结了灰岩、 花岗岩及泥岩在不 同偏移距下的预报情况, 3 种岩性依次代表了坚硬 岩、 硬岩及软岩。根据工作 经验, 一般 在 P、S 波的 到达时差大于 2 个周期条件下 , 在时间域中才能明 显分离。表 2 中灰岩与花岗岩在偏移距大于 30 m 时才能满足以上条件, 而泥岩在 4 种偏移距情况下 均能满足, 但泥岩的预报距离明显小于灰岩与花岗 岩 , 预报距离随偏移距增大有明显加大。由于地震 波能量在软岩传播过程中衰减快, 加大偏移距需要 更大的药量 , 而药量的增加可能造成洞壁的破坏和 高频信号的衰减 , 这是一对矛盾。综上所述, 坚硬岩 与硬岩隧道偏移距宜选大 , 可选 35~ 50 m; 软岩与 较软岩隧道在没有管波干扰条件下偏移距宜选小 , 可选 15~ 25 m, 在管波干扰条件下应综合考虑预报
度一般采用高采 样率采集, 即选用 0 . 05 ~ 0 . 1ms , 采样点数与预报距离有关, 预报距离在 100~ 200 m 范围采样点数选 2 048~ 4 096 。
4 工程实例
图 4 为某灰岩隧道使用 TGP 仪器采集的记录, 采集参数 : 炮距 2 m, 偏移距 40 m, 采样率 0 . 05 m s , 采样点数 : 4 096 。炸药与传感器的安装深度均为 2 m, 且在炮眼充满水的条件下起爆激发地震 波。图 中地震波能量大, 信噪比高 , P、 S 波分离清晰, 管波 被有效压制。这样高质量的原始数据为隧道超前地 质预报的预报精度提供了有力保障。
基于波速法的隧道稳定性超前预测
基于波速法的隧道稳定性超前预测
丁凌
【期刊名称】《邵阳学院学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2024(21)1
【摘要】利用地震波纵波速度(V_(p))超前分析隧道围岩的稳定性。
首先研究地质强度指标(I)、扰动参数(D)等Hoek-Brown常数与V_(p)之间的关系,然后采用Hoek-Brown准则推导隧道塑性区位移公式,考虑到V_(p)可以从TSP203PLUS中获取围岩的弹性模量、泊松比和V_(p)等一系列参数,最终形成确定隧道塑性区位移的新方法。
为证明该方法的有效性,对某隧道进行超前评估,并通过卡斯特纳方程对预测结果进行验证。
结果表明,提出的方法计算隧道所得塑性区位移与卡斯特纳方程基本一致,此方法获取的参数更为便捷,具有良好的工程应用前景。
【总页数】6页(P51-56)
【作者】丁凌
【作者单位】中铁十九局集团广州工程有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】U452
【相关文献】
1.基于功效系数法和超前地质预报的隧道塌方风险预测
2.基于FLAC3D模型下的有填充物溶洞段超前预支护对隧道稳定性影响分析
3.基于实测波速探讨地震反射波法超前预报解译标志
4.基于岩体波速的强度参数预测与边坡稳定性评价
5.基于
物探法的综合超前地质预报在高山隧道巨型溶洞中的应用——以黔张常铁路高山隧道为例
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隧道施工期地质超前预报技术
隧道施工期地质超前预报技术隧道工程地质情况的复杂多变性，导致在隧道施工过程中经常会遇到地质条件与勘查设计不符、围岩条件变化大以及突发性地质灾害等情况，地质超前预报能够对隧道前方围岩的不良地质情况进行及时预测，以达到提前预防、及时发现、及时处理、降低工程风险的目的。
本文就隧道施工期地质超前预报技术的发展进行探讨。
标签：隧道施工；地质状况；超前预报技术引言由于实际情况的复杂性，当施工过程中遇到复杂地质情况时，采用综合超前地质预报技术措施往往比单一技术手段更具工程实用价值，因此如何结合实际情况针对不同的超前地质预报结果进行综合分析和解释，对于实际工程而言更具实际意义。
一、工程概况某隧道长4884.14m，属特长隧道。
其西段为陡崖，东段为斜坡。
隧址区地形总体呈不规则M 形状。
地势总体西高东低，西部属中低山峡谷地貌，绝对高程170～1035m。
不良地质现象有：岩溶及岩溶水，穿煤压煤及有害气体等。
由于隧道区紧邻峡谷，处于地下水季节变化地带附近，地下水的运动相当强烈，分布数量众多的大型复杂干溶洞、充填溶洞及地下暗河，对工程影响较大。
二、隧道超前地质预报设计采取多种预报手段相结合的综合预报方法，以工程地质法（地质素描法）进行超前宏观预报为前提，结合TSP-203 超前地質预报系统、探测仪、超前探孔、超前导洞、经验法等综合手段，分长期预报、中期预报、短期预报三个阶段对岩体特征、涌水、瓦斯等不良工程地质进行超前预测预报，具体方法如下：采用TSP 系统与地质分析法相结合进行长期（长距离、大于100m 范围）地质预报；采用仪器和钻孔进行30～100m 距离的中期地质预报；采用在钻爆循环中加深炮眼钻孔或超前探水进行掌子面前方几十米范围探测。
结合掌子面地质素描进行掌子面作业影响区域内的当前地质预报。
三、超前地质预报的措施及方法说明3.1 施工经验法预测根据投标文件中提供的地质资料及隧道施工经验，对洞内渗水、涌水特性以及施工方法、工艺类比地质情况、施工方法及工艺。
地震反射波法技术及其在隧道超前地质预报中的应用研究
地震反射波法技术及其在隧道超前地质预报中的应用研究摘要：随着国家经济大好发展的需要，交通在人们的日常生活中是必不可少的，人们对交通问题越来越关注和重视。
国家和政府加大了对交通基础设施的投入，但是综合考虑，我国大多地区是山区，道路崎岖，因此需要修隧道，在修隧道的过程中施工队经常会遇到各种各样的问题，减少了施工的效率和质量，本文研究地震反射波法技术及其在隧道超前地质预报中的应用。
关键词：地震反射波法技术；隧道超前地质；预报；应用1.前言伴随着建筑行业的不断进步，社会经济发展对建筑行业的工作质量提出了更高水平的要求，那么随着施工水平的提高，其中存在的一些问题也就暴露了出来，例如地震反射波法技术在应用在隧道施工中的质量控制仍存在着很大的问题，或者基于隧道的特殊地形施工存在诸多困难等。
那么对于施工的质量控制来说，需要针对其中存在的问题进行一一改进和提高，以此提高地震反射波法技术及其在隧道超前地质预报中的应用。
2.制约地震反射波法技术及其在隧道超前地质预报中的应用研究隧道施工中质量控制工作开展的问题结合目前地震反射波法技术及其在隧道超前地质预报中的应用研究隧道施工应用和公路建设的施工的情况，笔者结合自己的思考，总结出了几点可能存在的问题，制约了质量控制的开展和隧道安全性能的提升：2.1具体地域情况复杂众所周知，我国地域辽阔，各种地形地势的情况都存在，环境相对来说比较复杂，所以对于隧道的施工建设也随之变得复杂，设计师就要严格去进行实地考察这个环节，经过细致的分析之后，开展后续一系列的规划工作。
在这个基础上，对于隧道施工工程中应用到的材料就要求更高、更细致了，但是目前这部分应用的材料以及进行建设的技术十分传统，也就导致了隧道施工过程中存在着非常多的问题。
众所周知的是，要想富先修路，隧道也是一种特殊隧道，由于隧道的建设过程中可能会出现以上的这些问题，降低了一些基层地区经济的发展速度，从而制约了国家整体经济水平的提高。
地震波反射法在隧道超前地质预报中的应用1
地震波反射法在隧道超前地质预报中的应用四川公路桥梁建设集团有限公司三分公司缪成银秦亮郑宏【摘要】基于地震波反射法超前地质预报基本原理，采用TGP206型超前地质预报仪对广南高速公路某隧道掌子面前方的围岩条件进行了预报，确定了掌子面前方围岩的基本物性参数、反射界面基本位置、分布特征等，指出了围岩条件显著变化里程。
预报成果可为施工方进行设计变更及制定合理的施工措施提供重要参考。
【关键词】公路隧道；TSP（Tunnel Seismic Prediction）；超前地质预报1、工程概况广南高速公路某隧道工程主要是以薄层～中厚层水平围岩为主,岩石为泥质胶结,层间结合很差,而且高速公路隧道断面跨度大,软弱水平岩层对隧道拱顶稳定性影响更加突出。
这种围岩不仅影响隧道的开挖质量，而且对于隧道围岩的稳定性、支护安全及衬砌结构的长期受力等均造成很大影响。
为了探明该隧道掌子面前方围岩情况，判断围岩级别发生显著变化的具体里程，特对该隧道右线YK87+490~YK87+290范围内的围岩条件进行长距离超前地质预报。
目前，国内公路隧道行业普遍采用TSP地震波法对前方围岩的基本情况进行长距离预测预报，并且取得了积极的成果[3][4][5]。
本文基于TSP地震波反射法超前地质预报的基本原理，采用TGP206超前地质预报仪在该隧道出口右线进行了超前地质预报，预报成果可为施工方进行设计变更及制定合理的施工措施提供重要依据，也可以为其它地区在类似地层条件下修建公路隧道提供参考，具有重要意义。
2、TSP超前地质预报基本原理2.1 检测原理TSP（Tunnel Seismic Prediction）法是利用地震波反射回波方法测量的原理。
地震波震源采用小药量炸药激发产生，地震波在岩石中以球面波形式传播，当地震波遇到弹性波阻抗差异界面时，例如断层、岩体破碎带、岩性变化或岩溶发育带等，一部分地震信号反射回来，一部分信号透射进入前方介质继续传播。
地震波场数值模拟方法
第42卷第2期2003年6月石 油 物 探GE OPHY SIC A L PROSPECTI NG FOR PETRO LE UMV ol.42,N o.2Jun.,2003文章编号:100021441(2003)022*******地震波场数值模拟方法张永刚(中国石油化工股份有限公司科技发展部,北京100029)摘要:简要总结了地震波场数值模拟的各种方法的基本原理及其主要特点,对最近在该领域出现的一些方法和研究结果做了简要的阐述,并对比了各种方法的优缺点。
在此基础上提出了运用波动方程数值模拟作为基础,结合射线方法辅助识别波场类型,用于分析异常波的产生机理和出现特点的基本思想,这对复杂条件下的地震勘探具有指导和借鉴意义。
关键词:地震波场;数值模拟;射线追踪;有限元;伪谱法;正演模拟中图分类号:P63114+1 文献标识码:AOn numerical simulations of seismic w avefieldZhang Y onggang(Department of Science and T echnology Development,SI NOPEC,Beijing100029,China)Abstract:This paper reviews the principles and characteristics of various numerical simulations of seismic wavefield,and com2 pares the merits and defects of the simulations.S ome newly emerged methods and results are briefly discussed.The author pro2 poses to study the generation mechanism and characteristics of abnormal waves based on wave equation numerical simulation supplemented by ray tracing.K ey w ords:seismic wavefield;numerical simulation;ray tracing;finite element;pseudo2spectrum;forward m odeling 地震波场数值模拟是研究复杂地区地震资料采集、处理和解释的有效辅助手段,地震波场数值模拟的主要方法包括2大类,即波动方程法和几何射线法。
以地震波法为例讨论如何提高隧道地质超前预报准确性
以地震波法为例讨论如何提高隧道地质超前预报准确性摘要：以地质法为基础，以地球物理探测方法为手段的隧道综合地质超前预报方法已成为隧道工程界的共识。
因此，本文在详细阐述了相关研究背景和超前预报工序流程后，以具体案例为切入点，对相关问题进行了深入的探讨，为提升我国隧道地质超前预报准确性提出具有建设性的意见与建议，期望能对隧道地质超前预报工程实践工作予以一定帮助。
关键词：地震波法；隧道地质超前预报；综合物探；一、研究背景经历了众多隧道地质超前预报成功与失败和大量隧道工程实践之后，在各级领导的重视下，隧道地质超前预报工作作为施工工序的一个重要组成部分已经在全线明确要求并在施工中实施。
二、隧道地质超前预报工序流程图图1 隧道地质超前预报工作流程图三、地震波法案例分析1. 有效预报的前提隧道地震波预报必须保证数据质量，需要设备装置、观测系统、激发接收系统和处理分析系统等多方面条件的保证。
在预报时应确立数据第一，制定有效波预报的分析检查措施，保证现场采集数据的有效性，同时地震波预报是加深地质工作的手段，应密切与其他手段相配合。
开展综合超前地质预测预报，查明隧道破碎带等不良地质情况，确保隧道安全通过。
现场检测中注意事项：①要有预报检测人员进洞布置接收和激发的孔位，用红色油漆毛笔准确标注在隧道的洞壁上，而后通知施工单位打孔。
打孔完毕后，预报人员要先进洞对孔深、孔径、和孔数进行验收，对于不合格的孔要进行补钻。
②严格按照技术交底内容布孔，孔径、孔深要求一致，且布孔位置应尽可能选在岩性较好处，孔径为40mm，孔深为2m左右，如该布孔段整体岩性较差（易塌孔），则将孔径调整为50mm，成孔后需要清孔，所有激发孔应向下倾斜，所有孔离地面高度应相同。
激发炮孔一般为24个，但炮孔数不是一个严格的规定，激发炮多一些的地震波记录有益于成果的解释。
接收孔距离最近炮孔20米左右。
讲“左右”的用意是在这个范围内选择岩体相对完整的位置打接收孔，记录实际距离为偏移距离。
隧道超前预测地震波伪谱法数值模拟
隧道超前预测地震波伪谱法数值模拟
李嫣
【期刊名称】《福建建设科技》
【年(卷),期】2011(000)004
【摘要】本文通过研究地震波动方程伪谱法的基本原理,在伪谱法数值正演模拟基础上,结合弹性波动方程的傅氏有限差分逆时深度偏移方法,实现隧道超前预报条件下的波动方程偏移成像。
并通过工程应用验证伪谱法数值模拟的可靠度与精确度。
【总页数】4页(P11-14)
【作者】李嫣
【作者单位】福建省建筑科学研究院,福州350025
【正文语种】中文
【中图分类】P631.4
【相关文献】
1.伪谱法地震波场数值模拟 [J], 李信富;李小凡
2.双相各向同性介质伪谱法地震波场数值模拟 [J], 张军舵;乐友喜;王艳香
3.伪谱法地震波传播数值模拟 [J], 马永旺;詹正彬;顾汉明
4.地震波数值模拟的褶积微分算子法与伪谱法的对比分析 [J], 刘红艳;陈宇坤;刘芳
5.地震波数值模拟的褶积微分算子法与伪谱法的对比分析 [J], 刘红艳;陈宇坤;刘芳;因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
浅谈地震波隧道地质超前预报中的数据采集
浅谈隧道地震波超前预报中的数据采集金荣杰1马会严2（1、北京市水电物探研究所北京100027 2、中航勘察设计研究院北京100086 ）[摘要] 随着隧道里程的快速增长，隧道施工的安全越来越重要。
国家有关文件也规定隧道地质超前预报为隧道施工的重要工序。
而现场采集的原始数据质量是决定超前预报成果的关键因素，因此为了保证地质预报成果的高质量和为隧道施工安全提供有力保障，本文主要介绍如何保证现场采集数据的质量。
[关键词] 隧道地质超前预报数据采集质量前言隧道工程是铁路、公路和水利水电等大型项目中的重要工程，近年来隧道工程数量和长度明显增加、规模不断扩大，相应地质条件的复杂性和施工难度也不断增加，勘察阶段地质资料难于满足隧道施工的情况普遍存在。
国内外因地质条件不明造成隧道施工事故的教训有很多，尤其在我国宜万铁路线的施工建设中，线路穿越长江水系岩溶极其发育的灰岩地带，曾经发生过齐岳山、野三关和马鹿箐等隧道的大突水事故。
[1]鉴于以上隧道施工事故的巨大危害，铁道部2007年发文（铁建设[2007]102号）要求加强隧道工程安全工作，做好超前地质预报；施工单位应将超前地质预报纳入工序管理；对预报成果及数据的真实性负责。
现场地震波数据的采集质量是数据真实可靠的关键，也是处理成果的基础。
那么在进行地震波超前预报工作时，如何才能高质量地采集数据呢？以下从检波器、观测系统、干扰波的排除、触发方式和耦合方式等5个方面分别说明。
一检波器检波器是采集地震波数据的关键设备之一，其灵敏度、指向性和频响特性等性能直接关系到地震波数据采集的质量。
灵敏度体现了检波器的分辨能力，高灵敏度的检波器具有高分辨能力，有利于识别小尺寸界面产生的弱信号和远距离界面产生的弱反射波信号。
因此应用中有利于小个体（如溶腔）的识别、提高预报成果的可靠性和保证预报距离。
检波器的指向性是指在其轴线方向接收的能量最强，偏离轴线方向则能量急剧减弱。
高指向性的检波器有利于接收多波和多分量地震波：一方面使纵、横波清晰分辨，另一方面地震波在互相垂直的三个检波器上具有明确的分量，有利于矢量计算。
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ｏ ｒｕ ｈ ｒ ｒ ｏｇｔ ｈ ｇａｉ ｇ ｒ．Ｆｎ ｌ ， ｈ ｅ ａｉｔ ｎ ｅｐｅｉｉ ｒｖｄｂ ｐｏｅｔ ｘ ｍｐｅ ｅｅ ｄｉ ｂｏ ｇ ｔ ｏｗａｄｔ ｅ ｅ ｓ ｆ ｔ ｍｉｒｔ ｎｉ ｅｙ ｉ ｌ ｔｅｒｌ ｂｌｙａ ｄｔ ｒｃｓ ｎｉ ｉ ｏ ｅ ｙａ ｒｊｃ ｅ ａ ｌ ｈ ｒ ｏ ｍａ ａｙ ｉ ｉ ｈ ｏ ｓｍｐ
以横 波为例 ， 波动方程 ：
ｌ Ｄ 一 ＋ （ － １ ２ ）
∑ ａ ｋ・ ｘ ｅ 五 △ （ ｆ ） 。 ≯。
Ｋ ｙｗｏｄ ：ｔ ｎ ｅ ｅ ｌｇｃ ｌ ｄ ａ ｃ ｄｐ ｅ ｉｔ ｎ； ｅｓ ｉ ｗａ ｅ ｐ ｅ ｄ － ｓ ｅ ｔａ ｔ ｏ ｅ ｒ ｓ ｕ ｎ ｌ ｏ ｏ ｉａ ｖ ｎ ｅ ｒｄｃｉ ｓｉｍ ｃ ｖ ； ｓｕ ｏ ｇ ａ ｏ ｐ ｃｒ ｌ ｍｅｈ ｄ
１引 言
纵波波动方程 ：
■地 基基 础 工程
福建建设科技 ２１． ｏ４ ０１Ｎ ．
隧道超前预测地 震波伪谱 法数值模拟
李 嫣 （ 建 省建筑 科学 研究 院 福
［ 摘
福州
３０２ ） ５０ ５
要］ 本文通过研究地震波动方程伪谱 法的基本 原理 ， 在伪谱 法数值正 演模拟基础上 ， 结合弹性波动方程的傅 氏有限差
分逆时深度偏移方法 ， 实现 隧道超 前预报 条件下的波动方程偏移成像 。并通过工程应 用验证伪谱 法数值模拟 的可靠度 与精确度 。
Ａ ｓｒｃ ：Ａｎ ａ ｐ ｏ ｒ ｔ ｖ ｑ ａｉｎ ｎ ｍｅｉａ ｏ ｅｉｇ ｍｅｈ ｄ ｓｕ ｏ ｓ ｅ ｔａ ｔ ｏ ，ｓｐ ｏ ｏ ｅ ｎ ｔ ｉ ｒｉｌ． ｈ ｂｔ ｔ ａ ｐ ｒ ｐ ｉ ｅｗａ ｅｅ ｕ ｔ ｕ ｒｃｌ ｄ ｌ ｔｏ ，ｐ ｅ ｄ － ｐ ｃｒ ｌ ａ ｏ ｍ ｎ ｍｅｈ ｄ ｉ ｒ ｐ ｓｄ ｉ ｈｓａ ｔ ｅ Ｏｎ ｔ ｅ ｃ ｂ ｓｓｏ ｈ ｓｕ ｏ ｓ ｅ ｔａ ｔｏ ，ａｍｉｒ ｔ ｎｍ ｅｈ ｄｃ ｌ ｄｗａ ｅｅ ｕ ｔ ｎ Ｆ ｕ ｉｒｆ ｉ ｉ ｅｅ ｃ ｅ ｅｓ － ｔ ｅ ｔ ｅｈ ａ ｉ ｆｔ ｅｐ ｅ ｄ － ｐ ｃｒ ｌ ｍｅｈ ｄ ｇ ａ ｉ ｔｏ ａｌ ｖ ｑ ａｉ ｏ ｒｅ ｉ ｔ ｄｆ ｒｎ ｅｒ ｖ ｒｅ ｉ ｄ ｐ ｈｍ ｔ— ｏ ｅ ｏ ｎ ｅ ｆ ｍｅ
隧道地震 波预报技 术 由于其 具有 速度快 、 成本 低及分 辨
率高等特点 ， 目前较为广泛应用 的隧道超前预报技术 ， 是 作为
一
ｌ Ｄ
２ １空 间微 分 ．
） ｅ 嘉＋ｘ ｏ ｆ
（３ ２） －
种新兴 的隧道探测方法 ， 已经取得了一些成果 ， 但是作 为一
在伪谱法 中是用有 限差 分来实 现对时 间的积分 ， 用傅 氏
［ 关键词］ 隧道超前预测 地震波
伪谱法
Ｓ ｉｍ ｉ ｖ ｓ ｕ ｏ－ ｓ ｃ ｒ ｌｍ ｅ ｈ ｄ ｉ ｕ ｅｓ ｃｗａ ｅ ｐ ｅ ｄ － ｐｅ ｔａ ｔ ｏ ｎ ｔ ｎｎｅ ｅ ｏ ｉａｌａ ｖ ｎ ｅ ｒ ｄ ｃ ｉ ｎ ｌｇ ｏｌｇ ｃ ｄ ａ ｃ ｄ ｐ ｅ ｉ ｔｏ
种地质预报方法 ， 在工作方法 和资料 处理解 释上都还 不太成 熟， 尚未有一套 完整 的地震 波动方程 正 、 反演数值模 拟理论 ，
变换实现空间微分 ， 面就推导 弹性波传播 的伪谱法公式 。 下
伪谱法是用傅氏变换实 现空 间微 分 ， 需要用统 一 的空 间
格 点来 离散 。
２伪 谱 法 的基 本 原 理
设 ｎ 为一 连续 函数 ， 的连续 傅 氏变 换对 为如 下 形 （） 它
式：
ｆ（） ｆLeabharlann ）－ａ 如 ＝Ｒ ｘｅｉ， ａ ２￣ ， ａ
，
１（） Ｉ（） ｃ 口 一 １ａｃＰ ￡ ｃ‘ Ｊ Ｊ
（ — ４ ２ ）
采样时 ， 只能取 有限个值 ， 分别在 ｘ ， ＝０ Ａｘ，Ａｘ， ２ …… ， （ Ｎ一１ Ａｘ处 取值 ， 么可 以将 上式 离散 化 ， 离 散傅 氏变 ） 那 得
换 对为 ：
ｒ ） ∑ ａ ｋ・ （ 一 （ ｆｘ ｅ ｍ Ａ ｘ ）
１） ｖ忌 ｚ （） 一 （ 一 （ ． ２ ｚ △ △ － ５
其 中△ １ ， 以 ） 所 （ 也有 Ｎ 个值 ， 并且 ：
ａ ’ ） （ △ 一 （’ ｊ
一
）
△ （ —６ ２ ）
因此其分辨率相对太低 ， 精度 也远远 达不到 目前隧道 地质超 前预报技术的要求和标准 。正演数值模拟对地震反演 以及 时 间剖面解 释相 当重要 ， 目前方 法主要有 三种 ： 限差分 法、 有 有 限元 法和伪谱法 。有限差分 法 的算 法简单 快速 ， 却有难 以克 服 的频散 效应 ， 降低数值模拟结果 的分辨 率 ； 限元法模 将会 有 拟是 目前 为止 最精 确的一种 正演模 拟方法 ， 但它 对计算 机 内 存要求很 高 ， 计算量大 ， 让人难 以承受 ； 而权衡精度 和效率 ， 伪 谱法是一种更 为有效 的数值模 拟方法 ， 具有高精度 、 节省计算 时间 、 节省存 储空间 ， 并且对 于计算 区域 内的介 质性 质变化不 用特别处理 、 适用于较小存储 空间 的计 算机 等其他 方法不 可 替代 的优点 。在二维介 质 中， 用伪谱法 做波 传播 的正 演数值 模拟 由来 已久 。随着实际地震勘探 的深入 以及工作地 区地层 的 Ｅ趋复杂 ， ｔ 复杂地层 以及各 向异性介 质 中地震 波传 播的研 究 愈来 愈受到重视 。伪谱法 的研究 近年还 有成果 发表 ， 由此 可见 ， 这项研究有其实 际的意义 和前 景 ， 本文将 以介绍地震波 伪谱法 正演 数值 方法为基础 ， 探讨 伪谱法数 值模 拟方法 在隧 道超前 预测 地震 波场中的应用 。