本公开提供了一种基于盾构机施工噪声的多波场地震探测方法与系统，本公开利用盾构机施工产生的噪声信息作为震源，获取激发产生的地震波在地层传播过程中形成的体波、面波等多波场地震信息，通过联合反演进行隧道沿线地层速度建模，利用反射波等信息进行偏移成像，最终实现盾构施工隧道掌子面前方地质情况的较准确探测。
1.一种基于盾构机施工噪声的多波场地震探测方法，其特征是：利用盾构机产生的施工噪声作为震源，获取激发产生的地震波在地层传播过程中形成的体波和面波场地震信息，进行联合自动处理，对获取的面波数据和反射波数据进行去噪，将去噪后的面波数据与反射波数据进行联合反演以构建隧道沿线地层速度模型，所述联合反演包括面波反演和基于面波先验信息的反射波约束反演，所述面波反演的具体步骤：通过面波数据提取其频散数据，利用基于射线理论的走时成像方法构建地表下方土体的二维相速度或群速度模型，利用平面波模拟，在已知相速度或群速度模型和噪声方位分布的情况下，对面波频散数据进行校正，利用面波频散主要对S波速度敏感的特性，通过对二维相速度或群速度模型上的每一个格点进行一维的线性或非线性反演得到S波波速结构，将所有的一维S波波速结构结合起来构成三维的速度模型；所述基于面波先验信息的反射波约束反演的具体步骤：在传统反射波反演方法的基础上施加光滑约束，并且把面波反演的波速结果当作先验约束施加至反射波反演中，获得联合反演速度模型；
利用联合反演得到的速度模型，将有效信号提取后的有效反射波数据导入，采用逆时偏移成像，通过互相关成像条件，获得隧道盾构机工作面前方孤石、岩溶异常体的地震剖面，确定隧道掌子面前方地质探测结果。
2.如权利要求1所述的一种基于盾构机施工噪声的多波场地震探测方法，其特征是：进行联合自动处理的具体过程包括：
（4）进行频谱分析及带通滤波、道集均衡、有效反射波提取及纵横波分离；
（5）将提取信号后的面波数据与反射波数据导入进行联合反演；
（6）利用联合反演得到的速度模型，将有效信号提取后的有效反射波数据导入，采用逆时偏移成像，基于互相关成像条件，获得隧道盾构机工作面前方异常体的地震剖面。
3.一种基于盾构机施工噪声的多波场地震探测系统，其特征是：包括隧道接收台站阵列、地表接收台站阵列和地震波数据处理模块；
所述隧道接收台站阵列，被配置为接收并存储盾构机施工震动在地层中传播时遇到不良地质体后反射到隧道壁的地震信号；
所述地表接收台站阵列，被配置为接收并存储盾构机施工震动在地层中传播时遇到不良地质体后反射到地表的体波地震信号以及在地层中传播的面波地震信号；
所述地震波数据处理模块，被配置为执行权利要求1‑2中任一项所述的一种基于盾构机施工噪声的多波场地震探测方法。
4.如权利要求3所述的一种基于盾构机施工噪声的多波场地震探测系统，其特征是：所述隧道接收台站通过安装机构固定于掘进机本体中部，具体包括三分量接收台站、可伸缩支撑杆、第一驱动机构、第二驱动机构、接收台站支撑架和台站导轨系统，所述三分量接收台站与可伸缩支撑杆一端相连接，所述可伸缩支撑杆的另一端可转动设置在接收台站支撑架上，所述接收台站支撑架滑动设置在台站导轨系统上，第一驱动机构被配置为驱动所述接收台站支撑架沿台站导轨系统移动，台站导轨系统固定于盾构机固定；第二驱动机构被配置为驱动所述可伸缩支撑杆旋转。
5.如权利要求3所述的一种基于盾构机施工噪声的多波场地震探测系统，其特征是：所述隧道接收台站阵列，包括两组隧道接收台站，每组包括多个并排分布的两组隧道接收台站，两组分别位于盾构机两侧，距离刀盘设定距离，两组之间具有一定的间距。
6.如权利要求3所述的一种基于盾构机施工噪声的多波场地震探测系统，其特征是：所述地表接收台站阵列，包括多个接收台站，多个接收台站按矩形阵列形式布置于盾构机的行进路线上地表处。
7.如权利要求3‑6中任一项所述的系统的工作方法，其特征是：包括以下步骤：（1）进行隧道及地表观测方式的布置；
（2）待盾构机工作，各接收台站采集并存储信号，待数据采集结束，将采集得到的数据导入地震波数据处理模块；
（3）地震波数据处理模块对隧道及地表采集的信息进行联合自动处理，获得隧道前方及周围区域的速度模型和地震剖面；
（4）待盾构机开挖进入下一循环时，隧道接收台站阵列恢复初始状态，保留地表接收台站阵列，待盾构机再次工作时，重新布置隧道接收台站阵列，重复（2）、（3）步骤；
（5）根据得到的速度模型、地震剖面，获知盾构机工作面前方及隧道周围土体的地质情况，实现地质异常体的超前预报。
8.如权利要求7所述的工作方法，其特征是：所述步骤（1）中，进行探测前，驱动隧道接收台站改变位置，运动至靠近隧道管片一端，识别管片注浆孔，驱动隧道接收台站移动至注浆孔位置处，并使隧道接收台站与土体紧密耦合。
9.如权利要求7所述的工作方法，其特征是：所述步骤（1）中，进行探测前，在盾构机上地表及工作面前方上地表，进行地表接收台站阵列的布置，以一定的道间距与一定横向偏移距，布设地表接收台站矩形阵列，实现地表三维观测。
10.如权利要求7所述的工作方法，其特征是：所述步骤（2）中，盾构机施工产生震动，施工震动激发地震波向盾构机工作面前方和隧道四周扩散，地震波遇到异常体后发生反射，被与隧道土体紧密接触的隧道接收台站与地表接收台站所接收，所产生的面波也被地表接收台站所接收，隧道接收台站阵列与地表接收台站阵列自动存储所接收的地震信号；
待探测结束之后，可伸缩支撑杆实现回缩，使得隧道接收台站与土体不再接触，并且隧道接收台站旋转至远离管片一端，地表接收台站阵列不变，下一次盾构机施工开始前再实现隧道接收台站阵列快速布置，待盾构机开挖至地表接收台站阵列偏移距不满足探测需求时，再重新布置地表接收台站阵列。
基于盾构机施工噪声的多波场地震探测方法与系统
技术领域
[0001] 本公开属于盾构机地震探测技术领域，具体涉及一种基于盾构机施工噪声的多波场地震探测方法与系统。
背景技术
[0002] 本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
[0003] 近年来，随着经济建设的快速发展和城市化水平的不断提高，城市地下空间得到大规模的开发和利用，大量的地铁工程、地下综合管廊工程投入建设。盾构机因其机械化程
度高、施工速度快等显著优势已成为城市地铁隧道最主要的施工方式。然而，盾构机对掌子
面前方地质条件要求较高，掘进面前方未探明的破碎带、软弱地层、孤石、溶洞等不良地质
体，往往是重大安全隐患，极易导致喷涌、塌方、刀盘卡死或刀盘严重磨损等灾害事故，造成
严重的工期延误和经济损失。为避免盾构机施工过程中灾害事故的发生，需要采用超前地
质预报技术提前探明掌子面前方的不良地质情况，为及时制定合理的处理预案与施工方案
提供指导。
[0004] 在众多隧道超前地质预报方法中，地震波法因具有界面成像精度高、探测距离远等优点，得到了较为广泛的应用。但据发明人了解，现有盾构隧道地震波超前探测方法主要
在隧道内进行，接收传感器大致分为沿边墙布置及刀盘布置两类，但受制于隧道内狭小观
测空间影响，存在着一定的局限性：
[0005] ①探测区域位于隧道掌子面前方，若测线沿边墙布置，对于掌子面前方的探测区域并不敏感，往往只对异常体在隧道轴向上的识别与定位较为准确，但对其在高程方向上
的探测效果较差，导致异常体空间定位存在误差，难以满足城市地铁盾构隧道安全施工对
地质信息的需求；
[0006] ②盾构隧道中存在管片，且管片拼装及壁后注浆施工环节紧密，地震波接收传感器在洞内可布设的范围较小，仅靠隧道内观测，可获得的地震数据比较有限。
[0007] ③若采用刀盘布置接收传感器，在刀盘可布设接收传感器的数量少，偏移距较小，可获得的地震数据有限，仅靠隧道内观测，获取由地质异常体引起的反射回波信息有限，无
法提供准确的盾构机超前探测的结果。
[0008] 综上所述，盾构地震波法探测技术受隧道环境所限，所获得地震数据有限，且仅对隧道轴向信息敏感，无法提供准确的超前探测结果，难以满足城市盾构隧道安全施工的需
求。
发明内容
[0009] 本公开为了解决上述问题，提出了一种基于盾构机施工噪声的多波场地震探测方法与系统，本公开利用盾构机施工产生噪声信息作为震源，获取激发产生的地震波在地层
传播过程中形成的体波、面波等多波场地震信息，进行隧道沿线地层速度建模，利用隧道内
反射波等信息进行偏移成像，最终实现盾构施工隧道掌子面前方地质情况的较准确探测。
[0010] 根据一些实施例，本公开采用如下技术方案：
[0011] 第一方面，本公开提供一种基于盾构机施工噪声的多波场地震探测方法，利用盾构机产生的施工噪声作为震源，获取激发产生的地震波在地层传播过程中形成的体波和面
波场地震信息，进行联合自动处理，构建隧道沿线地层速度模型，利用隧道内反射波信息进
行偏移成像，确定隧道掌子面前方地质探测结果。
[0012] 上述技术方案，通过施工噪声(是指盾构机在施工过程中的产生的震动、声音等噪声信息)作为震源，采集多波场地震信息进行分析，解决了现有的反射波信息有限的问题，
能够提供准确的盾构机超前探测结果。
[0013] 作为可选择的实施方式，进行联合自动处理的具体过程包括：
[0014] (1)获取面波与体波信息；
[0015] (2)进行接收信号的同步；
[0016] (3)确定有效信号时间记录长度；
[0017] (4)进行频谱分析及带通滤波、道集均衡、有效反射波提取及纵横波分离；
[0018] (5)将提取信号后的面波数据与反射波数据导入进行联合反演；
[0019] (6)利用联合反演得到的速度模型，将有效信号提取后的有效反射波数据导入，采用逆时偏移成像，基于互相关成像条件，获得隧道盾构机工作面前方异常体的地震剖面。
[0020] 作为进一步的限定，所述步骤(5)具体包括：
[0021] (5‑1)面波反演：通过面波数据提取其频散数据，利用基于射线理论的走时成像方法构建地表下方土体的二维相速度或群速度模型，利用平面波模拟，在已知相速度或群速
度模型和噪声方位分布的情况下，对面波频散数据进行校正，利用面波频散主要对S波速度
敏感的特性，通过对二维相速度或群速度模型上的每一个格点进行一维的线性或非线性反
演得到S波波速结构，将所有的一维S波波速结构结合起来构成三维的速度模型；
[0022] (5‑2)基于面波先验信息的反射波约束反演：在传统反射波反演方法的基础上施加光滑约束，并且把面波反演的波速结果当作先验约束施加至反射波反演中，获得联合反
演速度模型。
[0023] 作为可选择的实施方式，所述速度模型为：
[0024]
[0025]
[0026] 其中，m为模型参数，dobs为观测数据，N为反演网格数，m0为上次反演得到的模型参数，dm0为模型参数为m0时正演得到的理论观测数据，A为敏感度矩阵，C为光滑度矩阵，λ为拉
格朗日常数，控制光滑约束的权重，mi为第i个网格点的模型参数， 为模型参数
最小值与最大值，η为控制面波先验约束的权重，F为面波波速约束矩阵。
[0027] 第二方面，本公开提供一种基于盾构机施工噪声的多波场地震探测系统，包括隧道接收台站阵列、地表接收台站阵列和地震波数据处理模块：
[0028] 所述隧道接收台站阵列，设置在盾构机本体上，用于接收并存储盾构机施工震动在地层中传播时遇到不良地质体后反射到隧道壁的地震信号；
[0029] 所述地表接收台站阵列，设置于隧道上地表及工作面前方，用于接收并存储盾构机施工震动在地层中传播时遇到不良地质体后反射到地表的体波地震信号以及在地层中
传播的面波地震信号；
[0030] 所述地震波数据处理模块，被配置为对隧道及地表采集的地震信息进行联合处理，进而获得隧道前方及周围区域的速度模型及地震剖面。
[0031] 需要注意的是，在本领域中，接收台站阵列包括若干一列接收台站，包含了只有一列接收台站的情况。
[0032] 作为可选择的实施方式，所述隧道接收台站通过安装机构固定于掘进机本体中部，具体包括三分量接收台站、可伸缩支撑杆、第一驱动机构、第二驱动机构、接收台站支撑
架和台站导轨系统，所述三分量接收台站与可伸缩支撑杆一端相连接，所述可伸缩支撑杆
的另一端可转动设置在接收台站支撑架上，所述接收台站支撑架滑动设置在台站导轨系统
上，第一驱动机构被配置为驱动所述接收台站支撑架沿台站导轨系统移动，台站导轨系统
固定于盾构机固定；第二驱动机构被配置为驱动所述可伸缩支撑杆旋转。
[0033] 作为可选择的实施方式，所述隧道接收台站阵列，包括两组隧道接收台站，每组包括多个并排分布的两组隧道接收台站，两组分别位于盾构机两侧，距离刀盘设定距离，两组
之间具有一定的间距。
[0034] 作为可选择的实施方式，所述地表接收台站阵列，包括多个接收台站，多个接收台站按矩形阵列形式布置于盾构机的行进路线上地表处。
[0035] 当然，布置过程中注意避开建筑、道路等。
[0036] 作为可选择的实施方式，各接收台站均设置内置电池和定位系统，可实现长时间采集和台站位置获取。
[0037] 第三方面，提供基于上述系统的工作方法，包括以下步骤：
[0038] (1)进行隧道及地表观测方式的布置；
[0039] (2)待盾构机工作，各接收台站采集并存储信号，待数据采集结束，将采集得到的数据导入地震波数据处理模块；
[0040] (3)地震波数据处理模块对隧道及地表采集的信息进行联合自动处理，获得隧道前方及周围区域的速度模型和地震剖面；
[0041] (4)待盾构机开挖进入下一循环时，隧道接收台站阵列恢复初始状态，保留地表接收台站阵列，待盾构机再次工作时，重新布置隧道接收台站阵列，重复(2)、(3)步骤；
[0042] (5)根据得到的速度模型、地震剖面，获知盾构机工作面前方及隧道周围土体的地质情况，实现地质异常体的超前预报。
[0043] 作为可选择的实施方式，所述步骤(1)中，进行探测前，驱动隧道接收台站改变位置，运动至靠近隧道管片一端，识别管片注浆孔，驱动隧道接收台站移动至注浆孔位置处，
并使隧道接收台站与土体紧密耦合。
[0044] 作为可选择的实施方式，所述步骤(1)中，进行探测前，在盾构机上地表及工作面前方上地表，进行地表接收台站阵列的布置，以一定的道间距与一定横向偏移距，布设地表
接收台站矩形阵列，实现地表三维观测，布置过程中注意避开建筑、道路等。
[0045] 作为可选择的实施方式，所述步骤(2)中，盾构机施工产生震动，施工震动激发地震波向盾构机工作面前方和隧道四周扩散，地震波遇到异常体后发生反射，被与隧道土体
紧密接触的隧道接收台站与地表接收台站所接收，所产生的面波也被地表接收台站所接
收，隧道接收台站阵列与地表接收台站阵列自动存储所接收的地震信号。
[0046] 在所述步骤(4)中，待探测结束之后，可伸缩支撑杆实现回缩，使得隧道接收台站与土体不再接触，并且隧道接收台站旋转至远离管片一端，地表接收台站阵列不变，下一次
盾构机施工开始前再实现隧道接收台站阵列快速布置，实现对盾构机工作面前方及隧道周
围土体的多次覆盖探测，增加了探测的精度，待盾构机开挖至地表接收台站阵列偏移距不
满足探测需求时，再重新布置地表接收台站阵列。
[0047] 与现有技术相比，本公开的有益效果为：
[0048] (1)本公开利用盾构机施工噪声进行超前地质探测，利用隧道接收台站阵列与地表接收台站阵列同步接收隧道盾构机施工震动产生的地震波场信号，改善了目前此类隧道
环境的可观测数据限制性大，无法进行准确探测的问题；
[0049] (2)本公开提出了盾构机施工噪声多波场地震探测数据处理的具体流程，利用面波及反射波等多波场信息进行联合约束反演精确构建城市浅层速度模型；
[0050] (3)本公开采集的地表及隧道接收数据中既包含不良地质体的水平方向信息也包含其高程方向信息，利用反射波信息进行逆时偏移成像可对不良地质体进行空间精确定
位，指导盾构机开挖施工。
附图说明
[0051] 构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。
[0052] 图1为基于盾构机施工噪声的多波场地震探测观测方式示意图；
[0053] 图2为隧道接收台站及其固定装置示意图；
[0054] 图3为基于盾构机施工噪声多波场地震探测工作原理示意图；
[0055] 图4为盾构机施工噪声多波场地震探测数据处理流程图。具体实施方式：
[0056] 下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。
[0057] 应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常
理解的相同含义。
[0058] 需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式
也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包
括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0059] 在本公开中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本公
开各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本公开中任一部件或元件，不能理解
为对本公开的限制。
[0060] 本公开中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于
本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本公开中的具体含义，
不能理解为对本公开的限制。
[0061] 如图1所示，一种基于盾构机施工噪声的多波场地震探测装置，主要包括隧道接收台站阵列及其固定装置3、地表接收台站阵列4和地震波数据处理模块6。
[0062] 需要理解的是，本公开所指的接收台站为探测领域中的接收台站，接收台站内设置有相应的接收设备，如检波器、传感器等，为本领域常规技术名词。
[0063] 如图2所示，隧道接收台站阵列及其固定装置3安装在盾构机中部，在本实施例中，隧道接收台站阵列由10台隧道接收台组成，位于掘进机两侧，隧道接收台站阵列设置在刀
盘1后方10m位置处，道间距为3m。
[0064] 当然，在其他实施例中，隧道接收台站阵列的接收台数量可以根据具体的施工情况、施工环境等因素进行调整。
[0065] 同样地，隧道接收台站阵列的设置距离(即与刀盘的距离)、道间距也可以根据具体的施工情况、施工环境等因素进行调整，例如在其他实施例中，可以是不等距分布等，在
此不再赘述。
[0066] 具体的，每个隧道接收台由三分量接收台站7、可伸缩支撑杆8、电缆9、接收台站支撑架12、传动轴11和台站导轨系统10等部分组成，其中所述三分量接收台站7与可伸缩支撑
杆8相连接，在本实施例中，可伸缩支撑杆8通过转轴与接收台站支撑架12转动连接，接收台
站支撑架12滑动固定在台站导轨系统10上。
[0067] 在本实施例中，驱动机构为电动机构，外界电力设备通过电缆9通过传动轴11与接收台站支撑架12相连接，驱动接收台站支撑架12沿台站导轨系统10移动，台站导轨系统10
与盾构机固定。
[0068] 利用可伸缩支撑杆的可伸缩、可转动，以及整体可移动，使得三分量接收台站7具有伸缩、俯仰、水平移动等至少三个自由度。
[0069] 当然，本实施例仅提供一种电力驱动的机构，在其他实施例中，可以改成其他驱动方式的，如油压驱动等。这些仅属于本领域技术人员容易想到的变形形式，理应属于本公开
的保护范围。
[0070] 地表接收台站阵列4安装在隧道上地表及工作面前方上地表，在本实施例中，100台地表接收台5站呈矩形组成地表接收台站阵列4，用于接收并存储刀盘破岩震动在地层中
传播时遇到不良地质体后反射到地表的地震信号，实现地表三维观测。
[0071] 当然，在其他实施例中，地表接收台站阵列的接收台数量可以根据具体的施工情况、施工环境等因素进行调整。组成的矩阵也可以是其他规则或不规则图形，如菱形、梯形
等，在此不再赘述。
[0072] 地震波数据处理模块6，与各接收台站之间通信，当然通信方式可以是有线的，也可以是无线的，导入隧道内接收台站、地表接收台站、噪声接收台站所接收并存储的地震数
据，实现快速自动处理。
[0073] 如图3所示，首先，进行探测前，控制隧道接收台动作，使三分量接收台站7旋转至靠近隧道管片2一端，三分量接收台站7设置图像识别系统，可自动识别管片注浆孔，通过控
制台站导轨系统10，使三分量接收台站7移动至注浆孔位置处，可伸缩支撑杆8伸长支撑杆
穿过管片注浆孔，使三分量接收台站7与土体紧密耦合，且隧道接收台站设置自动定位系
统，自动存储其空间位置。
[0074] 进行探测前，在盾构机上地表及工作面前方上地表，进行地表接收台站阵列4的布置，以10m道间距与10m横向偏移距快速布设地表接收台站方形阵列，实现地表三维观测，布
置过程中注意避开建筑、道路等，且地表接收台站设置自动定位系统，自动存储定位。
[0075] 在其他实施例中，地表接收台站阵列的道间距和横向偏移距的值可以根据具体地表情况和施工情况改变。
[0076] 然后，盾构机工作，在刀盘1不断开挖工作面的同时，刀盘1与盾构机也缓慢向前移动，因此，每次移动的同时可伸缩支撑杆8实现回缩，使得三分量接收台站7与土体不再接
触，待到下一环开挖前三分量接收台站7通过台站导轨系统10移动至下一管片注浆孔，可伸
缩支撑杆8伸长支撑杆，使得三分量接收台站7与土体紧密耦合，保持三分量接收台站7的与
刀盘1的相对位置不变。
[0077] 另一方面，盾构机施工产生震动，施工震动激发地震波向盾构机工作面前方和隧道四周扩散，地震波遇到异常体后发生反射，被与隧道土体紧密接触的隧道接收台站6所接
收并存储，同时，反射的地震波以及面波被与地表紧密接触的地表接收台站阵列4所接收并
存储，上述隧道接收台站与地表接收台站所记录的信息传输给地震波数据处理模块进行联
合处理。
[0078] 如图4所示，数据处理流程包括以下步骤：
[0079] 1、获取面波与体波信息：地表接收台站接收并存储的数据分别进行互相关、自相关获取面波与体波信息，其数据中包含不良地质体的高程方向信息，隧道接收台站接收并
存储的数据与地表接收台站接收并存储的数据进行互相关获取体波信息，其数据中包含不
良地质体的水平方向信息。
[0080] 2、进行接收信号的同步：将隧道内接收台站阵列和地表接收台站阵列的相对坐标进行导入，利用自动初至拾取方法对地震记录中初至波抵达每个隧道内及地表检波器的时
刻进行拾取，并且利用其相对距离及初至波抵达检波器的时刻实现隧道内接收台站阵列数
据与地表接收台站阵列数据的同步；
[0081] 3、确定有效信号时间记录长度：通过已知基岩面与观测系统的相对位置计算出地震记录中基岩面的反射波时刻，初至波时刻至基岩面反射波时刻即为有效地震数据时间记
录长度；
[0082] 4、去噪：包括频谱分析及带通滤波、道集均衡、有效反射波提取及纵横波分离；
[0083] 5、联合反演：将去噪后的面波数据与反射波数据导入进行联合反演。
[0084] 5.1、面波反演：通过面波数据提取其频散数据，利用基于射线理论的走时成像方法构建地表下方土体的二维相速度或群速度模型，利用平面波模拟，在已知相速度或群速
度模型和噪声方位分布的情况下，对面波频散数据进行校正，从而提高面波成像结果的可
靠性，之后利用面波频散主要对S波速度敏感的特性，通过对二维相速度或群速度模型上的
每一个格点进行一维的线性或非线性反演得到S波波速结构，然后将所有的一维S波波速结
构结合起来构成三维的速度模型；
[0085] 5.2、基于面波先验信息的反射波约束反演：在传统反射波反演方法的基础上施加光滑约束，使相邻网格间的波速差异极小，并且把面波反演的波速结果当作先验约束施加
至反射波反演中，进一步压制其反演结果的多解性，同时实现多波场地震数据的联合反演，
最终获得联合反演速度模型。
[0086] 作为进一步的限定，速度模型为：
[0087]
[0088]
[0089] 其中，m为模型参数，dobs为观测数据，N为反演网格数，m0为上次反演得到的模型参数，dm0为模型参数为m0时正演得到的理论观测数据，A为敏感度矩阵，C为光滑度矩阵，λ为拉
格朗日常数，控制光滑约束的权重，mi为第i个网格点的模型参数， 为模型参数
最小值与最大值，η为控制面波先验约束的权重，F为面波波速约束矩阵。
[0090] 6、逆时偏移成像：利用联合反演得到的速度模型，将有效信号提取后的有效反射波数据导入，采用逆时偏移成像，通过互相关成像条件，获得隧道盾构机工作面前方孤石、
岩溶等异常体的地震剖面。
[0091] 待探测结束之后，可伸缩支撑杆8实现回缩，使得三分量接收台站7与土体不再接触，并且三分量接收台站7旋转至远离管片2一端，地表接收台站阵列4保持不变，下一次开
挖开始前再实现隧道接收台站阵列3快速布置，实现对盾构机工作面前方及隧道周围土体
的多次覆盖探测，增加了探测的精度，待盾构机开挖至地表接收台站阵列4偏移距不满足探
测需求时，再重新布置地表接收台站阵列4。
[0092] 根据得到的速度模型、地震剖面，获知盾构机工作面前方及隧道周围土体的地质情况，实现对孤石、溶洞等地质异常体的超前预报，为盾构机安全施工提供借鉴。
[0093] 以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修
改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。
[0094] 上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不
需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。
