刘云祯 梅汝吾
(北京市水电物探研究所)
[摘要] 本文针对当前隧道地震波预报工作中，由于对三维条件下地震波检测的难度缺乏认识，存在盲目应用的状况，以TGP隧道地质预报系统的技术进步为例，从设备性能、采集和处理技术、以及解释推断等九个方面对相关技术问题进行探讨，并以国内外同类设备的具体数据和工程实例予以说明。供从事隧道地质超前预报的同行和施工管理人员参考。
[关联词] 地质超前预报 隧道管波 估算速度 三维空间 多波多分量
0 前言
隧道工程是铁路、公路和水利水电等大型项目中的重要工程。在当前我国高速铁路、高速公路大建设的形势下，隧道工程的数量和长度明显增加，隧道工程的规模不断扩大，相应地质条件的复杂性和施工难度也不断增加。尽管在隧道的勘察设计阶段已经投入大量地质勘察工作，但是由于地质、地形条件的复杂性和勘察技术的现状水平，以及时间、经费等条件的限制，勘察阶段的地质资料一般难于达到施工阶段精度的要求。国内外因地质条件不明造成隧道施工事故的教训是不少的，尤其是在我国宜万铁路线的施工建设中，线路穿越长江水系的岩溶极其发育的灰岩地带，曾经发生过齐岳山、野三关和马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，为此铁道部发文要求加强隧道施工地质超前预报工作，加强隧道施工管理工作。
我国隧道地震波超前预报技术的研究始于上个世纪的90年代，作为铁道部的科研项目由铁一院物探队提出“负视速度法”，并在1992年成功地对侯月线云台山隧道、宝中线颉河隧道和老爷岭隧道的断层破碎带位置进行了准确的预报。曾昭璜(1994)研究隧道垂直地震剖面(TVSP)技术，提出要利用来自掌子面前方的纵波、横波和转换波等多波进行反演反射界面的空间位置与产状的认识。现在看来这些学术观点具有非常重要的价值，但是遗憾的是他们未能在专业设备和软件处理两方面开发产品，因此影响到该技术成果的推广应用。与此同期，铁道部下属单位引进瑞士的TSP202 隧道地震波超前预报仪器，并组织地质和物探专家进行了试验，认为其技术与“负视速度法”基本一致，试验工作结束后，对该设备的技术消化工作也就搁置了。
时隔7年后,鉴于隧道施工预报的需要，铁路系统的工程局第二次引进TSP203地震预报仪器。该期间多数单位采用“速度参数曲线”进行预报，热衷于利用速度参数进行隧道围岩级别的设计变更，宜万铁路等隧道施工中不断出现的重大突水突泥事故，使人们开始反思。偏离隧道轴线的射线速度如何评价隧道轴线方向的围岩级别，缺失预报数据的检查环节如何保证预报成果的质量，把存在干扰波的数据输入程序中参与处理如何辨识成果的真实性。不少论文从不同的角度提出TSP203仪器应用中的问题，指出在应用工作中存在的盲目性和简单化。
北京市水电物探研究所20多年来专攻地震波勘察检测技术，期间发明“多道瞬态面波勘察技术”和开发出SWS型工程勘察与工程检测系统，并成功推广400多台套设备系统应用于国内外的勘察工作。面对隧道地震波超前预报工作存在的问题和需要，2003年开发研制出隧道地震波预报系统，应用多波多分量的数据采集技术和三维空间条件下的极化波处理技术，实现了地质界面的空间定位和产状分析功能，其间贯穿了利用弹性波场所蕴藏的多种信息为地质超前预报服务的宗旨。该系统在经过大量的预报实践验证后，于2005年通过了由国家隧道中心王梦恕院士主持的隧道专家会议的评审鉴定。几年来已经有近100台套设备应用于隧道超前地质预报工作，普遍受到用户好评，充分体现TGP隧道地质超前预报技术的优势。
