劉云禎 梅汝吾
(北京市水電物探研究所)
[摘要] 本文針對當前隧道地震波預報工作中，由于對三維條件下地震波檢測的難度缺乏認識，存在盲目應用的狀況，以TGP隧道地質預報系統的技術進步為例，從設備性能、采集和處理技術、以及解釋推斷等九個方面對相關技術問題進行探討，并以國內外同類設備的具體數據和工程實例予以說明。供從事隧道地質超前預報的同行和施工管理人員參考。
[關聯詞] 地質超前預報 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目中的重要工程。在當前我國高速鐵路、高速公路大建設的形勢下，隧道工程的數量和長度明顯增加，隧道工程的規模不斷擴大，相應地質條件的復雜性和施工難度也不斷增加。盡管在隧道的勘察設計階段已經投入大量地質勘察工作，但是由于地質、地形條件的復雜性和勘察技術的現狀水平，以及時間、經費等條件的限制，勘察階段的地質資料一般難于達到施工階段精度的要求。國內外因地質條件不明造成隧道施工事故的教訓是不少的，尤其是在我國宜萬鐵路線的施工建設中，線路穿越長江水系的巖溶極其發育的灰巖地帶，曾經發生過齊岳山、野三關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，為此鐵道部發文要求加強隧道施工地質超前預報工作，加強隧道施工管理工作。
我國隧道地震波超前預報技術的研究始于上個世紀的90年代，作為鐵道部的科研項目由鐵一院物探隊提出“負視速度法”，并在1992年成功地對侯月線云臺山隧道、寶中線頡河隧道和老爺嶺隧道的斷層破碎帶位置進行了準確的預報。曾昭璜(1994)研究隧道垂直地震剖面(TVSP)技術，提出要利用來自掌子面前方的縱波、橫波和轉換波等多波進行反演反射界面的空間位置與產狀的認識?，F在看來這些學術觀點具有非常重要的價值，但是遺憾的是他們未能在專業設備和軟件處理兩方面開發產品，因此影響到該技術成果的推廣應用。與此同期，鐵道部下屬單位引進瑞士的TSP202 隧道地震波超前預報儀器，并組織地質和物探專家進行了試驗，認為其技術與“負視速度法”基本一致，試驗工作結束后，對該設備的技術消化工作也就擱置了。
時隔7年后,鑒于隧道施工預報的需要，鐵路系統的工程局第二次引進TSP203地震預報儀器。該期間多數單位采用“速度參數曲線”進行預報，熱衷于利用速度參數進行隧道圍巖級別的設計變更，宜萬鐵路等隧道施工中不斷出現的重大突水突泥事故，使人們開始反思。偏離隧道軸線的射線速度如何評價隧道軸線方向的圍巖級別，缺失預報數據的檢查環節如何保證預報成果的質量，把存在干擾波的數據輸入程序中參與處理如何辨識成果的真實性。不少論文從不同的角度提出TSP203儀器應用中的問題，指出在應用工作中存在的盲目性和簡單化。
北京市水電物探研究所20多年來專攻地震波勘察檢測技術，期間發明“多道瞬態面波勘察技術”和開發出SWS型工程勘察與工程檢測系統，并成功推廣400多臺套設備系統應用于國內外的勘察工作。面對隧道地震波超前預報工作存在的問題和需要，2003年開發研制出隧道地震波預報系統，應用多波多分量的數據采集技術和三維空間條件下的極化波處理技術，實現了地質界面的空間定位和產狀分析功能，其間貫穿了利用彈性波場所蘊藏的多種信息為地質超前預報服務的宗旨。該系統在經過大量的預報實踐驗證后，于2005年通過了由國家隧道中心王夢恕院士主持的隧道專家會議的評審鑒定。幾年來已經有近100臺套設備應用于隧道超前地質預報工作，普遍受到用戶好評，充分體現TGP隧道地質超前預報技術的優勢。
