劉云禎 梅汝吾

(北京市水電物探研究所)

　　[摘要] 本文針對(duì)當(dāng)前隧道地震波預(yù)報(bào)工作中，由于對(duì)三維條件下地震波檢測(cè)的難度缺乏認(rèn)識(shí)，存在盲目應(yīng)用的狀況，以TGP隧道地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)的技術(shù)進(jìn)步為例，從設(shè)備性能、采集和處理技術(shù)、以及解釋推斷等九個(gè)方面對(duì)相關(guān)技術(shù)問(wèn)題進(jìn)行探討，并以國(guó)內(nèi)外同類(lèi)設(shè)備的具體數(shù)據(jù)和工程實(shí)例予以說(shuō)明。供從事隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)的同行和施工管理人員參考。

　　[關(guān)聯(lián)詞] 地質(zhì)超前預(yù)報(bào) 隧道管波 估算速度 三維空間 多波多分量

　　0 前言

　　隧道工程是鐵路、公路和水利水電等大型項(xiàng)目中的重要工程。在當(dāng)前我國(guó)高速鐵路、高速公路大建設(shè)的形勢(shì)下，隧道工程的數(shù)量和長(zhǎng)度明顯增加，隧道工程的規(guī)模不斷擴(kuò)大，相應(yīng)地質(zhì)條件的復(fù)雜性和施工難度也不斷增加。盡管在隧道的勘察設(shè)計(jì)階段已經(jīng)投入大量地質(zhì)勘察工作，但是由于地質(zhì)、地形條件的復(fù)雜性和勘察技術(shù)的現(xiàn)狀水平，以及時(shí)間、經(jīng)費(fèi)等條件的限制，勘察階段的地質(zhì)資料一般難于達(dá)到施工階段精度的要求。國(guó)內(nèi)外因地質(zhì)條件不明造成隧道施工事故的教訓(xùn)是不少的，尤其是在我國(guó)宜萬(wàn)鐵路線的施工建設(shè)中，線路穿越長(zhǎng)江水系的巖溶極其發(fā)育的灰?guī)r地帶，曾經(jīng)發(fā)生過(guò)齊岳山、野三關(guān)和馬鹿箐等隧道的大突水事故。以上隧道施工事故的危害是巨大的，為此鐵道部發(fā)文要求加強(qiáng)隧道施工地質(zhì)超前預(yù)報(bào)工作，加強(qiáng)隧道施工管理工作。

　　我國(guó)隧道地震波超前預(yù)報(bào)技術(shù)的研究始于上個(gè)世紀(jì)的90年代，作為鐵道部的科研項(xiàng)目由鐵一院物探隊(duì)提出“負(fù)視速度法”，并在1992年成功地對(duì)侯月線云臺(tái)山隧道、寶中線頡河隧道和老爺嶺隧道的斷層破碎帶位置進(jìn)行了準(zhǔn)確的預(yù)報(bào)。曾昭璜(1994)研究隧道垂直地震剖面(TVSP)技術(shù)，提出要利用來(lái)自掌子面前方的縱波、橫波和轉(zhuǎn)換波等多波進(jìn)行反演反射界面的空間位置與產(chǎn)狀的認(rèn)識(shí)?，F(xiàn)在看來(lái)這些學(xué)術(shù)觀點(diǎn)具有非常重要的價(jià)值，但是遺憾的是他們未能在專(zhuān)業(yè)設(shè)備和軟件處理兩方面開(kāi)發(fā)產(chǎn)品，因此影響到該技術(shù)成果的推廣應(yīng)用。與此同期，鐵道部下屬單位引進(jìn)瑞士的TSP202 隧道地震波超前預(yù)報(bào)儀器，并組織地質(zhì)和物探專(zhuān)家進(jìn)行了試驗(yàn)，認(rèn)為其技術(shù)與“負(fù)視速度法”基本一致，試驗(yàn)工作結(jié)束后，對(duì)該設(shè)備的技術(shù)消化工作也就擱置了。

　　時(shí)隔7年后,鑒于隧道施工預(yù)報(bào)的需要，鐵路系統(tǒng)的工程局第二次引進(jìn)TSP203地震預(yù)報(bào)儀器。該期間多數(shù)單位采用“速度參數(shù)曲線”進(jìn)行預(yù)報(bào)，熱衷于利用速度參數(shù)進(jìn)行隧道圍巖級(jí)別的設(shè)計(jì)變更，宜萬(wàn)鐵路等隧道施工中不斷出現(xiàn)的重大突水突泥事故，使人們開(kāi)始反思。偏離隧道軸線的射線速度如何評(píng)價(jià)隧道軸線方向的圍巖級(jí)別，缺失預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)的檢查環(huán)節(jié)如何保證預(yù)報(bào)成果的質(zhì)量，把存在干擾波的數(shù)據(jù)輸入程序中參與處理如何辨識(shí)成果的真實(shí)性。不少論文從不同的角度提出TSP203儀器應(yīng)用中的問(wèn)題，指出在應(yīng)用工作中存在的盲目性和簡(jiǎn)單化。

　　北京市水電物探研究所20多年來(lái)專(zhuān)攻地震波勘察檢測(cè)技術(shù)，期間發(fā)明“多道瞬態(tài)面波勘察技術(shù)”和開(kāi)發(fā)出SWS型工程勘察與工程檢測(cè)系統(tǒng)，并成功推廣400多臺(tái)套設(shè)備系統(tǒng)應(yīng)用于國(guó)內(nèi)外的勘察工作。面對(duì)隧道地震波超前預(yù)報(bào)工作存在的問(wèn)題和需要，2003年開(kāi)發(fā)研制出隧道地震波預(yù)報(bào)系統(tǒng)，應(yīng)用多波多分量的數(shù)據(jù)采集技術(shù)和三維空間條件下的極化波處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了地質(zhì)界面的空間定位和產(chǎn)狀分析功能，其間貫穿了利用彈性波場(chǎng)所蘊(yùn)藏的多種信息為地質(zhì)超前預(yù)報(bào)服務(wù)的宗旨。該系統(tǒng)在經(jīng)過(guò)大量的預(yù)報(bào)實(shí)踐驗(yàn)證后，于2005年通過(guò)了由國(guó)家隧道中心王夢(mèng)恕院士主持的隧道專(zhuān)家會(huì)議的評(píng)審鑒定。幾年來(lái)已經(jīng)有近100臺(tái)套設(shè)備應(yīng)用于隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作，普遍受到用戶(hù)好評(píng)，充分體現(xiàn)TGP隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。