本发明涉及地质灾害预报技术领域，具体地，涉及一种隧道施工地质灾害预报方法。
背景技术：
我国地下工程建设中，公路或铁路沿线经常采用隧道穿越山岭，在隧道施工过程中，由于掌子面前方地质体的复杂多变，常遇断层、溶洞、破碎带、暗河以及高地应力等不良地质情况，若不能及时掌握前方地质情况，很可能导致塌方、涌水、岩爆冒顶甚至泥石流等地质灾害，因此，在隧道施工前和施工过程中，对掌子面前方地质条件和可能的地质灾害开展地质超前预报工作，对于隧道施工的质量和安全具有十分重要的意义。
目前对于超前地质预报技术通常集中于对地质缺陷体四要素的评价与描述，仅属于施工过程的勘察范畴，而并没有考虑到隧道施工这一直接触发地质灾害发生的重要因素。
技术实现要素：
鉴于以上问题，本发明的目的是提供一种隧道施工地质灾害预报方法，在进行地质灾害预报时，将隧道施工这一重要因素考虑在内，对可能出现的坍塌、冒顶等地质灾害进行实时预警。
为了上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明所述隧道施工地质灾害预报方法，包括以下步骤：
s1隧道开挖前，采用地震波法探测掌子面前方隧道围岩，以探测到地质缺陷体的信息；
s2在隧道开挖过程中，在探测到的所述地质缺陷体的地表周围和隧道洞内分别设置多个传感器，采集所述地质缺陷体周围的岩石破裂震源信息和洞内的辅助震源信息；
s3根据所述岩石破裂震源信息，确定对应的微震事件信息以及所述微震事件信息对应的地震波传输速度；
s4根据不同方位、不同强度的所述辅助震源信息，得到地层优化的速度模型，用于修正、校准所述步骤s3中的地震波传输速度，进而修正、校准所述微震事件信息；
s5对所述微震事件信息进行聚类分析，将岩石裂隙随时间和空间的开展趋势，以及所述地质缺陷体的信息在同一个三维坐标系中显示，将所述微震事件信息与所述地质缺陷体进行力学匹配，判断不良地质，从而实时预报隧道施工引发的地质灾害。
优选地，所述隧道施工地质灾害预报方法还包括步骤s6：
根据所述步骤s3中得到的所述地震波传输速度，对隧道岩体的波速场进行双差成像处理，通过双差成像的结果间接反映岩体内部应力分布状态和不良地质情况，将双差成像的结果与所述地质缺陷体的信息在同一三维坐标系中显示，验证所述步骤s5对地质灾害的预报结果。
优选地，步骤s2中，以所述地质缺陷体为核心，在半径为200米的范围之内的地表设置传感器。
优选地，在隧道洞内设置的传感器间距为20米。
优选地，所述辅助震源信息包括：爆破震源产生的地震波信息、运输车辆震源产生的地震波信息以及隧道钻孔震源产生的地震波信息中的一种或多种。
优选地，所述步骤s1中，地震波法探测地质缺陷体的探测范围为隧道的长度100～200米，高度100米，宽度50米。
优选地，步骤s1中，采用地震波法探测到的地质缺陷体的信息包括所述地质缺陷体的位置、规模、产状和性质。
优选地，所述步骤s3中，以接收到岩体破裂震源信息的传感器为球心，以相应传感器定位的微震事件的位置为半径作球体，多个球体的交接处即是实际对应的微震事件的位置。
优选地，所述步骤s2中，所述传感器采集震源信息并根据震源信息的特征，分离出所述岩石破裂震源信息和所述辅助震源信息。
优选地，所述微震事件信息包括微震事件的位置、时间和能量中的一种或多种。
与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：
本发明通过联合使用地震波法与微震监测技术，在隧道开挖之前，使用地震波法探测掌子面前方隧道围岩，以探测到地质缺陷体的信息，在隧道开挖过程中，利用微震监测技术对地质缺陷体周围的岩体损伤进行实时监测。通过采集隧道施工引发的辅助震源信息，对岩体破裂震源信息进行修正和校准，以准确定位岩体破裂的位置，为可能的坍塌、冒顶等地质灾害进行实时预警。
附图说明
图1是本发明所述隧道施工地质灾害预报方法流程示意图；
图2是本发明针对双洞隧道布置的传感器位置示意图。
具体实施方式
下面将参考附图来描述本发明所述的实施例。本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式或其组合对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。此外，在本说明书中，附图未按比例画出，并且相同的附图标记表示相同的部分。
下面结合图1和图2来详细说明本实施例。
图1是本发明所述隧道施工地质灾害预报方法流程示意图，如图1所示，本发明所述隧道施工地质灾害预报方法包括以下步骤：
s1隧道开挖前，采用地震波法探测掌子面前方隧道围岩，以探测到地质缺陷体的信息，以重点锁定可能引发地质灾害的地质缺陷体，其中，地质缺陷体包括构造破碎带、节理构造带等；
s2在隧道开挖过程中，在探测到的地质缺陷体的地表周围和隧道洞内分别设置多个传感器，采集地质缺陷体周围的岩石破裂震源信息和洞内的辅助震源信息；
s3根据岩石破裂震源信息，确定对应的微震事件信息以及微震事件信息对应的地震波传输速度；
s4根据不同方位、不同强度的辅助震源信息，得到地层优化的速度模型，用于修正、校准步骤s3中的地震波传输速度，进而修正、校准微震事件信息；
s5对微震事件信息进行聚类分析，将岩石裂隙随时间和空间的开展趋势，以及步骤s1中测得的地质缺陷体的信息在同一个三维坐标系中显示，将微震事件信息与地质缺陷体进行力学匹配，判断不良地质，从而实时预报隧道施工引发的地质灾害。
本发明通过地震波法和微震监测技术对隧道施工引发的地质灾害进行实时预报，将隧道施工这一直接触发地质灾害发生的因素考虑在内，利用施工因素引发的辅助震源信息修正、校准确定的微震事件信息，进而准确推断断层活化和围岩破裂情况，为可能的坍塌、冒顶等地质灾害进行实时预警。例如：对于双向四车道公路隧道施工工程，隧道长度1000多米，隧道围岩以灰岩和泥岩为主，地质构造发育，可通过本发明所述的隧道施工地质灾害预报方法来实时预报隧道在围岩构造发育区可能发生的地质灾害。
优选地，本发明所述隧道施工地质灾害预报方法还包括步骤s6：对隧道施工引发的地质灾害的预报结果进行验证。
具体地，根据上述步骤s3中得到的地震波传输速度，对隧道岩体的波速场进行双差成像处理，通过双差成像的结果间接反映岩体内部应力分布状态和不良地质情况，将双差成像的结果与上述步骤s1中探测到的地质缺陷体的信息在同一三维坐标系中显示，从而验证对地质灾害的预报结果。
根据波的传导特性，岩体内部破碎区域、应力较低区域的地震波的传输速度较低，反之，岩体完整性好、应力较集中区域的地震波的传输速度较高，因此，隧道岩体的波速场可以间接反映岩体内部应力分布状态和不良地质情况，从而通过在同一坐标系中显示的波速场双差成像结果与地质缺陷体信息，验证地质灾害预报结果。
步骤s1中，使用地震波法探测地质缺陷体的信息时，将接收器预埋在隧道岩体壁面，且在隧道岩体壁面预埋炸药包，通过起爆器引发炸药包爆炸以激发地震波，通过接收器接收反射的地震波信号，并通过记录单元进行记录。对于隧道施工，利用地震波法探测隧道掌子面前方围岩以探测到地质缺陷体的信息，其中，地质缺陷体的信息包括地质缺陷体的位置、规模、产状和性质。
在隧道施工过程中，可以使用地震波法进行连续探测，以便在隧道开挖前，重点锁定可能引发严重地质灾害的地质缺陷体。优选地，利用地震波法探测地质缺陷体的单次探测范围为隧道长度100～200米，高度为隧道上下各50米，共计100米，宽度为隧道左右方向各25米，共计50米，
图2是本发明针对双洞隧道布置的传感器位置示意图，如图2所示，在地表和隧道洞内均设置传感器，以地震波法探测到的地质缺陷体为核心，在半径为200米的范围之内的地表均匀设置传感器。优选地，在隧道洞内设置的传感器间距为20米左右。图2以双洞为例，而实际上不限于此。
传感器采集隧道开挖过程中的震源信息，包括岩石破裂震源信息和辅助震源信息。优选地，传感器采集震源信息进行实时数据处理，并根据各种震源信息的特征，分离出岩石破裂震源信息和辅助震源信息。其中，辅助震源信息是隧道施工过程中，施工这一因素引发的地震波信息，包括爆破震源产生的地震波信息、运输车辆震源产生的地震波信息以及隧道钻孔震源产生的地震波信息中的一种或多种。
地震波在不同岩石中的传输速度不同，不同位置的传感器接收到同一震源引发的地震波信息的时间不同，所定位的震源位置不同。在隧道和洞内均设置有传感器，通过对传感器接收到的岩体破裂震源信息的处理，确定对应的微震事件的信息，其中岩体破裂事件称为微震事件，微震事件信息包括微震事件的位置、时间和能量中的一种或多种。具体地，多个传感器均接收到岩体破裂震源信息，通过gps定位得到与传感器位置相应的微震事件的位置，以接收到岩体破裂震源信息的传感器为球心，以相应传感器定位的微震事件的位置为半径作球体，则多个球体的交接处即是实际对应的微震事件的位置。
步骤s4中，设置在不同位置的传感器均接收隧道洞内各种辅助震源信息，对不同方位、不同强度的辅助震源信息进行处理，得到地层优化的速度模型。具体地，通过gps定位可得到与传感器位置相应的震源位置，从而得到传感器与相应震源之间的距离，根据传感器接收到反射的地震波信息的时间，由距离除以时间得到地震波传输速度。对多个传感器接收到的辅助震源信息以相同方法处理，进而得到地层优化的速度模型。
对隧道施工进行地质灾害预报时，将施工这一因素考虑在内，通过上述速度模型对步骤s3中得到的微震事件对应的地震波传输速度进行修正、校准，由于已知传感器接收到地震波信息的时间，因此可通过修正后的地震波传输速度进一步修正、校准微震事件的位置，准确定位岩石破裂的位置。对微震事件群进行聚类分析，采用三维可视化的方法，显示岩石裂隙随时间与空间的开展趋势，并与地震波法探测的隧道围岩地质缺陷体信息在同一三维坐标系中显示，通过将微震事件与地质缺陷体进行力学匹配，推断断层活化和围岩破裂情况，进而预报隧道开挖可能导致的坍塌、冒顶等地质灾害。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。