【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于隧道工程施工監測，具體涉及一種基于微震內場定位的隧道防突巖體裂隙擴展連續監測方法。
技術介紹
1、在地質環境極端復雜的地區，隧道工程不可避免地穿越深大斷裂及巖溶等不良地質構造，施工過程中如遇突水突泥災害，隧道建設安全面臨巨大挑戰。隧道突水突泥是一種具有突發性和強破壞力的地質災害，主要表現為大量水、泥及碎石混合物突然涌入隧道，導致圍巖坍塌及支護結構嚴重破壞。
2、隧道突水突泥發生的本質是防突巖體在施工擾動和高水壓共同作用下導致巖體裂縫擴展、水力連通并最終形成突水通道。因此，隧道防突巖體裂縫擴展監測是突水突泥災害防控的關鍵前提。目前，隧道防突巖體裂隙監測主要采用tsp地震波反射法、超前水平鉆及微震探測。tsp地震波反射法可探測圍巖破碎及節理密集區圍巖，但無法探測巖體內部微裂隙的擴展，并缺乏連續性。超前水平鉆雖能直觀探測掌子面前方圍巖巖性、涌水量，但結果存在偶然性，難以預測小型構造，且鉆孔時間長，影響隧道現場施工。傳統微震監測傳感器布設于掌子面后方，防突巖體位于微震探測外場，微震源定位精度較低。在隧道工程中，施工現場環境復雜，防突巖體裂隙擴展演化過程受到工程擾動、地下水滲透等多因素影響，難以實現精確、快速定位及連續性監測。
技術實現思路
1、為解決上述現有技術中的不足，本專利技術提供一種基于微震內場定位的隧道防突巖體裂隙擴展連續監測方法，提高隧道防突巖體裂隙演化過程監測連續性及突水通道定位精度，解決隧道防突巖體裂隙擴展演化過程動態連續監測難題。
2、
3、基于微震內場定位的隧道防突巖體裂隙擴展連續監測方法，包括以下步驟：
4、步驟s1：根據致災構造與掌子面的距離l，在隧道掌子面打設超前鉆孔，獲取圍巖巖性、涌水量信息，初步確定防突巖體水力連通區及飽和軟化區范圍；
5、步驟s2：在已打設的超前鉆孔中，位于掌子面前方l/2-2m～l/2+2m范圍內的拱頂及左墻腳、右墻腳分別布置微震傳感器；
6、步驟s3：記錄炸藥爆破、機械振動及車輛行進的震源微震信號頻率、持續時間及波形，篩選巖體內部裂隙擴展的微震信號；
7、步驟s4：采用單純形法進行巖體內部裂隙擴展震源定位；
8、步驟s5：利用巖體內部裂隙擴展的微震信號的時間分布規律和空間分布規律，繪制微震事件三維模型，確定水力連通區裂隙擴展演化特征及范圍。
9、進一步地，在步驟s1中，超前鉆孔共布設三個，分別設置在掌子面的隧道開挖方向正上方、左下方及右下方，定義為拱頂超前鉆孔、左墻腳超前鉆孔、右墻腳超前鉆孔，超前鉆孔距開挖輪廓線1m。
10、優選的，拱頂超前鉆孔位于隧道開挖方向正上方，0°方向；右墻腳超前鉆孔位于隧道開挖方向右下角，135°方向；左墻腳超前鉆孔位于隧道開挖方向左下方，225°方向。
11、優選的，所述超前鉆孔的長度l大于致災構造與掌子面的距離l/2，超前鉆孔的角度大于arctan(h+1)/l，h為松動圈厚度。
12、優選的，所述超前鉆孔的角度為縱向向外2°～5°，水平向外5°～10°。
13、進一步地，在步驟s2中，微震傳感器的布置方法如下：
14、在已打設的拱頂超前鉆孔中塞入l/2～lm長的鋼筋，將第一微震傳感器埋設至鋼筋末端，保證第一微震傳感器位于l/2m處的拱頂，并注漿加固；
15、在已打設的右墻腳超前鉆孔中塞入(l/2～l)+2m長的鋼筋，將第二微震傳感器埋設至鋼筋末端，保證第二傳微震感器位于l/2+2m處的右墻腳，并注漿加固；
16、在已打設的左墻腳超前鉆孔中塞入(l/2～l)-2m長的鋼筋，將第三微震傳感器埋設至鋼筋末端，保證第三微震傳感器位于l/2-2m處的左墻腳，并注漿加固。
17、進一步地，在步驟s4中，采用單純形法進行巖體內部裂隙擴展震源定位的方法為：
18、計算三個微震傳感器之間獲取信號的到時差值以及微震傳感器的坐標，兩組共計3個傳感器作為3個頂點構造初始的單純形，目標函數如下式所示：
19、
20、其中，γi表示第i個微震傳感器對應的初至波到時殘差，(xi,yi,zi)為第i個微震傳感器三維坐標，(x0′,y0′,z0′)為迭代后的震源三維坐標，t0′為震源起震時間，ti為微震傳感器接收到的初至波到時時間，vi為微震震源到微震傳感器的傳播速度；
21、微震震源位置為目標函數最小值對應的坐標點。
22、本專利技術的有益效果有：
23、本專利技術的基于微震內場定位的隧道防突巖體裂隙擴展連續監測方法，將共計3個微震傳感器布置于掌子面前方的防突巖體四周，使防突巖體內部裂隙擴展位于微震內場定位區域，便于捕捉更多的微震信號，并有利于提高震源定位精度。
24、本專利技術中微震傳感器在橫向上呈梅花狀錯開式布置，縱向前后錯開，避免了微震傳感器間的相互干擾。
25、本專利技術將已打設的超前鉆孔作為埋設微震傳感器的埋設通道，避免了重復打孔，提高了布置效率，節約了監測布置的成本。
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1.基于微震內場定位的隧道防突巖體裂隙擴展連續監測方法，其特征在于：包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的基于微震內場定位的隧道防突巖體裂隙擴展連續監測方法，其特征在于：在步驟S1中，超前鉆孔共布設三個，分別設置在掌子面的隧道開挖方向正上方、左下方及右下方，分別記為拱頂超前鉆孔、左墻腳超前鉆孔、右墻腳超前鉆孔，超前鉆孔距開挖輪廓線1m。
3.根據權利要求2所述的基于微震內場定位的隧道防突巖體裂隙擴展連續監測方法，其特征在于：拱頂超前鉆孔位于隧道開挖方向正上方，0°方向；右墻腳超前鉆孔位于隧道開挖方向右下角，135°方向；左墻腳超前鉆孔位于隧道開挖方向左下方，225°方向。
4.根據權利要求2所述的基于微震內場定位的隧道防突巖體裂隙擴展連續監測方法，其特征在于：所述超前鉆孔的長度l大于致災構造與掌子面的距離L/2，超前鉆孔的角度大于arctan(h+1)/L，h為松動圈厚度。
5.根據權利要求4所述的基于微震內場定位的隧道防突巖體裂隙擴展連續監測方法，其特征在于：所述超前鉆孔的角度為縱向向外2°～5°，水平向外5°～10°。
...【技術特征摘要】
1.基于微震內場定位的隧道防突巖體裂隙擴展連續監測方法，其特征在于：包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的基于微震內場定位的隧道防突巖體裂隙擴展連續監測方法，其特征在于：在步驟s1中，超前鉆孔共布設三個，分別設置在掌子面的隧道開挖方向正上方、左下方及右下方，分別記為拱頂超前鉆孔、左墻腳超前鉆孔、右墻腳超前鉆孔，超前鉆孔距開挖輪廓線1m。
3.根據權利要求2所述的基于微震內場定位的隧道防突巖體裂隙擴展連續監測方法，其特征在于：拱頂超前鉆孔位于隧道開挖方向正上方，0°方向；右墻腳超前鉆孔位于隧道開挖方向右下角，135°方向；左墻腳超前鉆孔位于隧道開挖方向左下方，225°方向。
4.根據權利要求2所述的基于微...
【專利技術屬性】
技術研發人員：李輝，張志強，陳曄磊，申玉生，楊文波，嚴健，蘭慶男，李榮杰，張洋，朱星宇，
申請(專利權)人：西南交通大學，
類型：發明
國別省市：
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