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隧道超前预报地球物理方法及应用研究

肖宽怀  
【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。


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