微震监测技术在隧道工程的运用

微震监测技术是用于监测岩体在变形和破坏过程中微裂隙产生、扩展所发出的应力波来进行监测岩体稳定性的技术，该技术起源于20世纪60年代，最早被南非和美国用来研究硬岩矿井中岩爆和煤矿中的冲击地压问题。近年来，微震监测技术在岩土工程中也得到了广泛应用，对水电硐室、隧道工程、岩质边坡等工程结构的稳定性进行监测与评价。

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隧道微震监测系统结构

隧道在开挖过程中，受开挖扰动的影响围岩应力重新分布，在围岩的某些区域产生应力集中，当达到岩体的强度极限后，岩体发生断裂破坏，这是导致岩爆、大面积塌方等隧道灾害的重要原因。

在隧道产生变形前，在岩体内部必然有大量的裂隙萌生、扩展与贯通，即围岩失稳破坏的前兆信息。运用微震监测技术就能提前捕捉到这些微破裂所产生的弹性波，从而分析出微破裂的发生时刻、空间位置和能量大小。通过微破裂的集中程度、破裂密度有可能预测出岩体宏观破裂的发展趋势，为隧道可能发生的灾害事故提供警示。

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依据到时不同原理的计算模型

采用以上模型进行分析时，理论上最少安装四个传感器即可确定微震发生的时刻以及位置等属性。传感器数量越多，则误差越小。除此之外，波速模型的选取、噪声信号的识别、传感器安装的阵列、地质结构中存在的断层空洞导致信号反射削弱等因素也会影响震源定位的准确性。

智隧一直致力于隧道工程的智能化、数字化。在蒙华铁路某隧道中，通过对微震事件的监测，分析出了两个微震事件聚集区。从图中可以看出，微震事件在隧道拱顶呈倒楔状分布。若在拱顶上方形成大尺度破裂而未及时采取有效措施，则容易出现尖顶塌腔的塌方事故，与该隧道之前发生的两次塌方灾害形成的塌腔相符。

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微震监测事件的空间分布

在两个微震事件集聚区进行了加固，增加4组工字钢拱架，每组5榀，拱架间距为0.6m。隧道加固后两个微震事件集聚区的微震事件明显减少，且隧道开裂情况得到制止，稳定性和安全性得到显著提高。

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加固后的拱顶状况

目前微震监测技术在隧道工程中的应用对施工安全生产和监控量测具有重要意义。在微震源定位、滤波及去噪、弱信号拾取等方面仍有进步和优化空间，相信在超深埋矿巷、山岭隧道等工程中会发挥更加重要的指导性作用。

转自“土木在线”

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