一种岩爆隧道的地质结构面精细探测方法

：本发明涉及极高地应力钻爆法隧道施工领域，尤其涉及一种岩爆隧道的地质结构面精细探测方法。

背景技术

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背景技术：

1、伴随着交通隧道及矿山巷道的开发，深部地质灾害问题愈发凸显，尤其在极高地应力深埋隧道施工中，岩爆问题频发，威胁人员及设备的安全，因此，需要在勘察设计阶段及施工阶段，进行详细的地质勘察，一种岩爆隧道的地质结构面精细探测方法，可以预测结构面滑移型岩爆及塌方的空间位置，降低岩爆及塌方对人员和设备的伤害。

2、具体来说，目前长距离(>100m)和中长距离(30m～100m)超前地质预报主要使用地质调查法、地震波反射法；短距离(<30m)超前地质预报主要使用地质调查法、超前钻孔法、地质雷达探测。在超前探测技术方面，理论成熟。但由于复杂地质和恶劣环境，单一的探测方法无法全面描述隧道全空间的地质构造。因此前人提出地质与物探相结合、洞内外相结合、长短距离预报相结合、定性定量相结合以及多种物性参数互补的隧道综合超前地质预报方法，解决单一物探方法的局限性，降低多解性，提高探测精度。因此，钻探与物探相结合、综合物探技术仍然是地质结构探测的发展趋势。

3、国内外学者在综合地质预报方面开展研究，取得了重要进展，并提出相应的地质处置方案。目前，岩爆隧道的地质结构面探测是一个复杂的问题，涉及多个因素的综合影响，包括地应力、岩性等，大量岩爆案例说明在地应力差值较大位置，地质结构面控制岩爆及塌方的发生边界，而国内外还没有一整套综合地质预报方法用于孕育岩爆的地质结构面探测或者无法有效探测。因此针对孕育岩爆的地质结构面，结合典型案例开展综合地质预报方法探索，用于岩爆隧道的地质结构面探测，提出以高地应力区域下岩爆案例特点和地应力差值较大位置易发生岩爆为基础，采用“长短结合的物探方法先行、钻探及工程地质分析结合”方法，精细探测地质结构面。

技术实现思路

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技术实现要素：

1、本发明的主要目的是提出了一种岩爆隧道的地质结构面精细探测方法，旨在提供一种地质结构面探测方法，用以解决孕育岩爆的地质结构面难以探测或提升探测准确率，预测岩爆及塌方的发生边界，尤其是结构面滑移型岩爆的发生边界。

2、为了实现上述目的，本发明提出一种岩爆隧道的地质结构面精细探测方法，用于探测隧道地质结构面展布情况，而地质结构面控制岩爆发生边界，可间接用于探测岩爆空间分布情况，所述的一种岩爆隧道的地质结构面精细探测方法包括如下步骤：

3、s1：获取隧道所在区域的工程地质要素；

4、s2：结合获取隧道所在区域的工程地质要素，采用隧道地应力数值反演对整个隧道区域的地应力数值进行分析，获取整个隧道的地应力分布情况及地应力差值较大的位置；

5、s3：根据所述的整个隧道地应力分布情况及地应力差值较大的位置，采用tsp进行探测，获取掌子面前方岩体及地应力差值较大位置的宏观地质结构面(具有十米级——米级探测精度)；

6、s4：根据所述掌子面前方岩体及地应力差值较大位置的宏观地质结构面，采用地质雷达进行精细探测，获取宏观地质结构面位置的细观地质结构面(具有米级——分米级探测精度)；

7、s5：根据所述细观地质结构面，采用钻孔成像技术进行探测，获取细观地质结构面位置的细微观地质结构面图像(具有厘米级观测精度)，根据宏观地质结构面、细观地质结构面、细微观地质结构面图像特征圈定结构面滑移型岩爆及塌方发生边界，预测可能发生的结构面滑移型岩爆及塌方的位置；

8、根据所述隧道的地应力分布情况、所述掌子面前方岩体及地应力差值较大位置的宏观地质结构面、所述宏观地质结构面位置的细观地质结构面、所述细观地质结构面位置的细微观地质结构面图像特征，能较清楚地反映出地质结构面展布情况，预测可能发生的结构面滑移型岩爆及塌方的位置。

9、进一步地，步骤s1具体包括：

10、s1.1：对隧道所在区域进行工程地质勘察，勘察要素包括：地形地貌、岩性及矿物组成、岩体完整程度、岩体物理力学性质、记录到的区域地震情况、区域断裂带分布及节理密集区、地下水情况、区域主应力情况。

11、进一步地，步骤s2具体包括：

12、s2.1：根据隧道所在区域的工程地质要素，进行三维地质建模，然后对待挖隧道进行地应力数值反演，获取隧道的最大主应力量值、中间主应力量值、最小主应力量值；

13、s2.2：分析断层及节理密集带附近的应力分布规律，获取地应力差值较大位置，即断层及节理密集带主应力值相较于两侧岩体的应力值产生明显应力差，并且埋深越大，应力差越明显。断层及节理密集带影响范围内主应力值降低，断层及节理密集带周边区域主应力值升高，距断层越近主应力方向越复杂，当离断层足够远时，主应力方向为区域主应力方向。

14、进一步地，步骤s3具体包括：

15、s3.1：根据所述的地应力差值较大位置，布设tsp观测系统，通过人工激发地震波，采集原始数据，包括仪器记录的地震波形数据

16、s3.2：利用amberg tsp plus软件对原始数据进行处理，得出计算指标和三维成像图，计算指标包括杨氏模量e、剪切模量g、泊松比δ、围岩密度ρ、纵波速度vp、横波速度vs

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18、s3.3：根据计算指标和三维成像图，分析距离隧道轴线近且具有较强能量的反射波组，可以将其判定为围岩异常区。同时，考虑地震波速度、反射波相位、泊松比和杨氏模量等参数，对围岩异常区进行分类，获取若干条宏观地质结构面。

19、进一步地，步骤s4具体包括：

20、s4.1：根据所述掌子面前方岩体及地应力差值较大位置的宏观地质结构面，确定目标待测区域；

21、s4.2：获取目标待测区域上的多条地质雷达预设测线；

22、s4.3：获取各所述地质雷达预设测线上的多个地质雷达预设测点，其中，使用红漆从左至右均匀标记测点，测点之间设置在0.1～0.2m范围内；

23、s4.4：根据多条所述地质雷达预设测线及多个所述地质雷达预设测点，采用地质雷达依次进行探测，并获取对应的地质雷达探测图；

24、s4.5：根据各所述地质雷达探测图，获取宏观地质结构面位置的细观地质结构面。

25、进一步地，步骤s5具体包括：

26、s5.1：根据所述细观地质结构面，确定不良地质结构面展布区域；

27、s5.2：根据所述不良地质结构面展布区域，获取多个预设测点，其中，所述预设测点用于观测和定量分析隧道地层岩性、产状、隐伏结构、断层、裂缝、夹层等；

28、s5.3：根据所述多个预设测点，利用钻孔成像技术对多个预设测点进行探测，获取前方的细微观地质结构面图像，并分析细微观地质结构面特征，根据宏观地质结构面、细观地质结构面、细微观地质结构面图像特征圈定结构面滑移型岩爆及塌方发生边界，预测可能发生的结构面滑移型岩爆及塌方的位置。

29、本发明的技术方案中，所述一种岩爆隧道的地质结构面精细探测方法包括：获取待挖隧道的工程地质要素，包括地形地貌、岩性及矿物组成、岩体完整程度、岩体物理力学性质、记录到的区域地震情况、区域断裂带分布及节理密集区、地下水情况、区域主应力情况；采用隧道地应力数值反演对整个隧道区域的地应力数值进行分析，获取整个隧道的地应力分布情况及地应力差值较大的位置；根据所述隧道的地应力分布情况及地应力差值较大的位置，采用tsp地震探测方法对隧道地应力差值较大的位置进行地质探测，获取隧道的掌子面前方岩体及地应力差值较大位置的宏观地质结构面(具有十米级——米级探测精度)；根据所述宏观地质结构面，采用地质雷达进行探测，获取宏观地质结构面位置的细观地质结构面(具有米级——分米级探测精度)；根据所述细观地质结构面，采用钻孔成像技术进行探测，获取细观地质结构面位置的细微观地质结构面图像(具有厘米级观测精度)；通过tsp地震探测，地质雷达，钻孔成像技术等手段对掌子面前方岩体及地应力差值较大位置进行精细探测，能较清楚地反映出地质结构面展布情况，预测可能发生的结构面滑移型岩爆及塌方的位置，降低岩爆及塌方对人员和设备的伤害。