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原文传递 ISP系统在TBM隧道超前地质预报中的应用研究

论文题名：	ISP系统在TBM隧道超前地质预报中的应用研究
关键词：	全断面隧道掘进机;地质预报;ISP系统;数据采集
摘要：	我国地形条件复杂多变，已成为世界上隧道修建规模和难度最大的国家，公路、铁路、水利水电领域内，一系列具有“埋深大、洞线长、地质复杂、灾害频发”等特点的隧道正在紧锣密鼓地规划和建设。随着人类机械水平和工业水平的日益提高，钻爆法缺点日益凸显的情况下，隧道建设已逐渐由传统的钻爆法转而采用TBM施工。　　TBM（Tunnel Boring Machine）即为全断面隧道掘进机，其工作原理是利用旋转刀盘上的滚刀挤压剪切破岩，通过旋转刀盘上的铲斗齿拾起石渣，落入主机皮带机上向后输送，再通过牵引矿渣车或隧洞连续皮带机将石渣运至洞外。从掘进效率、环保、安全等多方面考虑，TBM施工已成为被优先考虑的一种隧道施工方案，得到了广泛推广。但是TBM也有缺点，比如对地质灾害的适应性较差，然而地质前期地面勘探工作并不能完全探明隧道沿线围岩地质情况，加之现今隧道建设遵循的动态设计与信息化施工理念，因此TBM隧道施工期间的超前地质预报工作显得必不可少。　　本文在收集TBM和隧道各类超前地质预报关键技术相关资料的基础之上，深度剖析各类方法的原理及其在TBM隧道中的适用性。本文中采用双护盾TBM施工的DXL公路隧道选择了新兴的ISP(Integrated Seismic Prediction)系统，亦即综合地震预报系统，此次为国内首次引进运用，该系统是一套专门针对TBM施工隧道而研发的机载超前地质预报系统，它的突出特点是与TBM一体化、高度适用于TBM隧道，以及创新的RSSR原理（瑞利面波-横波转换原理）。ISP系统在DXL公路隧道中取得了丰硕的成果，在不断地预报、验证、总结过程中，归纳出了一套各类不良地质体解译准则，经预报实践验证，取得了较好的预报效果。研究工作获得主要成果如下: 　　(1)综合考虑隧道工法选取影响因素，为DXL公路隧道选取TBM施工的可行性做出论证，结合分析开敞式TBM和双护盾TBM结构特点和工作原理，以及其地质适应性，选择了适合该洞段的双护盾TBM施工。　　(2)通过深度剖析各类隧道超前地质预报关键技术的原理及适用性，结合TBM施工的特点，分析各类方法的局限性，选择与双护盾TBM一体化的机载ISP系统来进行DXL隧道的超前地质预报工作。　　(3)本文采用能反映地震波在时间域内传播规律的fdmpi软件对ISP系统所采用的RSSR模式的地震波传播机制进行正演数值模拟。在该正演模拟中，激发信号中面波携带最多的能量;相比体波，R波在传播过程中的能量损失也较小，RSSR模式是最主要的反射事件。该模式对断层代表的阻抗比较大的地质异常体响应特征较明显，反射波较清晰。通过正演模拟，展示了ISP系统所采用的RSSR理论对于以断层带为代表的地质异常体的响应特征，证明了该原理的可靠性。　　(4)以ISP系统在DXL公路隧道中的工程应用为基础，阐述了ISP系统的系统构架、工作原理，以及数据采集和数据处理流程，并从数据采集和数据处理两个环节入手，控制原始数据质量和提高预报成果可靠性。　　(5)通过收集DXL公路隧道掘进施工过程中的地质资料和TBM掘进过程中记录的掘进参数，根据异常点对比寻找ISP系统预报成果在对应桩号位置的反射波形以及反演图像特征，结合地质分析，现场验证，归纳总结出ISP系统对断层破碎带、节理裂隙密集带、软弱岩层等不良地质体的典型图像特征，归纳出一套ISP系统对典型不良地质体的解译准则。
作者：	朱仲
专业：	地质工程
导师：	汪家林
授予学位：	硕士
授予学位单位：	成都理工大学
学位年度：	2017
正文语种：	中文