常用工程勘探法：地震波法

图6-21地震波负视速度法分析示意图

图6-22地震波负视速度法倾斜界面工作原理图

当测线与反射界面斜交成φ角时，反射界面反射波的时距曲线为双曲线，反射波的时距曲线方程为：

t₁₁(x)=(6-7)

式中：t₁₁——反射波的走时;

x——激发点到检波点的距离;

V——岩体的弹性波速;

h——震源至反射界面的法向深度;

φ——测线与界面的视倾角。

一般情况下，反射波双曲线的极小点随φ的增大而向界面的上倾方向偏移。震源与双曲线极小点之间的时距曲线为单调减函数。

地震波负视速度法数据采集使用的仪器为地震仪。该方法包括增益处理、滤波、波场分离、反射波识别、速度分析、时深转换、反射界面确定等主要步骤。通过纵波、横波的共同分析，可探测掌子面前方反射界面两侧的岩性、破碎程度的变化。

(二)地震波负视速度法适用性

适应于超前探测掌子面前方近平面状不良地质异常体如断层、岩性接触带等。通常负视速度法是测试面与所要探测的地质界面相互垂直，这种方法对于巷道夹角大于70°的异常界面适用性强。有效预报距离为60～100m(较完整岩体取大值，否则取小值)。

地震波负视速度法数据采集和处理分析及解译需物探专门人员进行。

(三)地震波负视速度法实例分析

西南某隧道工程工区所属地层岩性主要为灰岩，对隧道掘进有重大安全隐患的不良地质现象主要为岩溶;溶洞大多半充填，充填物为砂质黏土、水或空气，与围岩的地球物理性质差异较大，具备了良好的地球物理探测的前提条件。

工作时，在隧道洞室侧壁或底部布置12道检波器，间距2m，排列距掌子面最近距离为0.15m;激发点距接收点最近距离约15～20m，激发点和接收点距隧道底面约115m(图6-23)。

图6-23地震波负视速度法探测工作布置图

对物探采集数据进行处理，选取最佳处理流程，确保记录目的层反射波特征明显，信噪比高，同相轴清晰，能进行追踪和相位连续对比，并能根据上行波和下行波视速度的差异确定反射界面在隧道轴向前方的距离。

图6-24为在建铁路某隧道施工掌子面DK44+225处采集到的地震记录。由图6-24(a)可知，0～40ms之间信号较复杂，由于管波等现场无法克服的干扰信号存在，同相轴不能清晰追踪，在进行地质解释之前，需要对物探数据进行滤波处理;如图6-25频谱分析结果所示，12道采集数据的能量主要集中在100～200Hz之间，由此可以确定滤波参数的范围，带通滤波后的效果如图6-24(b)所示，根据 “负态”同相轴能量先强后弱这一与 “正态”同相轴相反的特征，在20～30ms之间存在反射界面a，并呈现近似双曲线特征，根据工区积累经验判识为前方17m位置存在溶洞;在40～50ms之间的反射界面b、c呈现近似线性特征，将界面线性外延，可以在掌子面前方相交于一点，由此可推测界面b、c为同一物探异常带的顶底面反射。

图6-24某隧道DK44+225处掌子面地震记录

图6-25某隧道DK44+225处掌子面地震记录频谱分析图

随后的掌子面掘进过程中，在DK44+238处揭露出了一个贯穿大部分掌子面、垂直发育的空溶洞。

四、TGP12超前探测法

(一)TGP12超前探测法原理

TGP12超前探测采用地震反射波原理(图6-26)。利用地震波反射方法测量的原理、高灵敏度的地震检波接受器，广泛收集布置在隧道单侧壁上多个地震激发点产生的地震波，及其在围岩传播时遇到不同反射界面的反射波。反射信号的传播时间与传播距离成正比，与传播速度成反比。因此通过测量直达波速度、反射回波的时间、波形和强度，可达到预报隧道掌子面前方地质条件的目的。在一定间隔距离内连续采用上述方法，结合施工地质调查，可以得到隧道围岩的地质力学参数，如弹性模量、剪切模量和泊松比等参数。采用自带的处理软件处理后得TGP12V_sh波和V_p波的偏移归位处理成果图、TGP12超前探测成果图。

图6-26TGP12超前探测布置示意图

(二)TGP12超前探测异常特点

TGP12对溶洞等不良地质体的异常特点：TGP12 V_{s h}波和V_p波的偏移归位处理成果图上出现较强的反射弧形异常;TGP12 V_{s h}波V_p波的构造衰减与性质成果图上反射波出现较强的振幅异常。