基于隧道超前预报的GPR正演模拟及应用分析

利用地质雷达GPR(Ground Penetrating Radar)正演程序研究隧道环境下的地质情况,可以为隧道超前预报提供解释依据,提高解释精度,避免安全事故的发生.通过从理论上的正演数值模拟计算,成果表明:采用50 MHz的低频天线,地质雷达的有效预报距离在30 m左右;地质雷达在识别破碎带、溶洞等地质体顶界面的埋深和形状上比较准确,反射波同相轴与理论模型基本吻合;单道数据的波相位变化、振幅大小变化可以提供隧道前方围岩介电常数的变化趋势;复杂模型下电磁波衰减相对更迅速,模拟效果要弱于单一的地质模型.通过2段应用实例,验证了正演模拟部分的论证,为解释同等形状的反射波特征提供了参考依据.     

地质雷达在福堂水电站引水隧洞施工超前预报中的应用

在福堂水电站引水隧洞施工中,采用地质雷达预报掌子面前方的不良地质体及相对富水带,根据地质雷达测试和开挖验证的资料,建立起完整岩体、断层破碎带、富水带、岩脉带、裂隙密集带及岩性变化带等典型地质体同雷达图像特征之间的关系。与开挖揭露的地质情况对比表明,地质雷达超前预报达到了较高的准确度。     

基于GprMax的隧道超前预报雷达正演模拟及应用

针对隧道超前预报可能遇到的不同不良地质体,根据其介质电性特征,构建相应的地球物理模型,基于时域有限差分算法(FDTD)和完全匹配层(PML)的吸收边界条件,利用GprMax软件,结合matlab编程开展地质雷达正演模拟。研究结果表明,对于充填不同物质的溶腔模型,由于反射系数大小的差异,反射信号同相轴的强弱和形态有所不同,不同的地电模型其相位、振幅、波形特征都各不相同。结合2个工程实例,雷达正演模拟和实测剖面结果与实际开挖情况基本相符,验证了该正演方法的可行性,说明探地雷达能有效地勘察不良地质体的类型、位置、构造走向等空间分布特征,有助于更好地指导物探工作者对复杂地质体进行更精确的解释,确保隧道施工安全。     

地质雷达在公路隧道超前地质预报中的应用

近年来地质雷达在公路隧道超前地质预报工作中被广泛采用,它能发现掌子面(隧道掘进工作面)前方地层的变化,对于断裂带特别是含水带、破碎带有较高的识别能力。结合瑞典RAMAC CUII型地质雷达的应用实例,介绍了地质雷达在龙阁岭隧道超前地质预报中的具体应用。     

综合超前地质灾害预报方法在牟尼沟隧道中的应用

隧道施工过程中有可能出现断层破碎带、富水区、溶洞、软弱夹层带等复杂地质灾害,采用一种超前预报方法其准确性较差。通过研究地质地面调查法、TSP、地质雷达、超前水平钻孔法在牟尼沟隧道的应用并提出相应防治措施,将多种手段有机结合来的方法提高超前预报的精度,来保证施工人员的生命财产安全。     

基于TRT6000弹性波反射法、地质雷达法、地质编录的隧道综合超前预报技术研究

结合大同至西安铁路客用专线2标段隧道工程,提出并实践基于隧道内地质编录、TRT6000弹性波反射法和地质雷达的综合超前预报技术。在对区域工程地质资料分析的基础上,重点依托超前预报系统TRT6000开展隧道内长距离预报,当接近不良地质地段时,应用地质雷达进行更精确的短距离预报,将隧道地质编录结果与预报结果进行对比验证,不断提高隧道超前预报的准确性。该综合超前预报方法在大西客用专线2标段隧道工程穿越破碎带、土石过渡带、断层等区域的施工中取得满意的效果。     

综合超前地质预报在大秦岭隧道中的应用

高风险隧道由于其穿越地区的地质条件比较复杂,在施工中容易遭遇断层、褶皱、高地应力、岩溶含水层等不良地质体的破坏,造成围岩失稳、突涌水、岩爆等地质灾害,因此在隧道施工前查明隧道前方的不良地质体,采取合理的支护措施,对保障隧道安全施工十分重要。西成客运专线大秦岭险隧道由于穿越的地区地质条件极其复杂,断层、褶皱、富水带等不良地质体发育,为全线设计、建设的难点和重点区域,被划为高风险隧道。为了保障隧道施工能顺利通过不良地质体区域,大秦岭隧道超前地质预报采用地质编录与物探法(TSP、地质雷达)相结合的综合预报技术,成功地预测了前方的不良地质体,为隧道施工提供了有效指导。     

基于地质雷达的隧道正演模拟研究综述

利用地质雷达进行隧道超前预报和衬砌质量的检测是当下研究的一个重要的方向,而地质雷达正演模拟在隧道方面的应用,主要集中于隧道超前预报和隧道衬砌等方面。本文在研究地质雷达检测原理和正演模拟原理的基础之上,对地质雷达正演模拟在隧道衬砌检测方面的研究进行了概括,并总结出目前学者研究的不足之处。最后提出,地质雷达正演在隧道方面的研究,应更加致力于智能算法的引入、三维正演模拟、图像去噪、正演模拟软件的开发,这样才能更好的为隧道工程的检测提供帮助。     

探地雷达的常见干扰和不良地质体的超前预报在隧道工程中的应用

为了在隧道工程中准确应用探地雷达进行超前预报,针对可能遇到的常见干扰和典型不良地质体,探讨了常见干扰的成因及其对资料解译的影响,确定常见的干扰剖面图,并分别对天线耦合干扰和金属物干扰进行举例分析,提出探地雷达在采集数据过程中避开干扰的注意事项。列举3个工程实例,分别介绍了探地雷达对溶洞、断层裂隙水、软弱夹层等不良地质体的预报研究,通过分析其典型雷达剖面图的波形、频率、振幅等特征,依此推断出隧道开挖掌子面前方潜在不良地质体的类型以及位置、构造走向等空间分布特征。该结果与实际开挖揭示的不良地质体的分布范围基本一致,验证了探地雷达在预报隧道常见不良地质体的可行性和有效性。通过总结分析常见雷达干扰图像和典型不良地质体剖面图,有助于物探工作者对复杂地质体进行更精确地解释,确保隧道施工安全。     

引水隧洞地质雷达超前预报应用研究

在引水隧洞开挖施工过程中,难免会遇到断层、围岩破碎、涌水等不良地质情况,为避免事故发生,不能贸然继续开挖,需要在探测清楚掌子面前方的地质条件后,再制定下一步计划。地质雷达(GPR)探测具有轻便、无损、效率高、速度快、精度准等特点,适合作为超前预报的手段之一。本文介绍了SIR-30E地质雷达超前预报在辽宁省某引水隧洞中的应用情况,对探测图像进行了分析,探测结果表明前方完整性较前段有所提升,岩体较完整。爆破开挖后发现实际围岩情况与预报结论相符。     

TSP隧道超前地质预报技术及其3D成果研究与应用

水利水电洞室具有规模大、尺寸大的特点,如果开挖隧洞发育大型不良地质(断层破碎带、溶腔、突水突泥等),则更容易引发大型的安全生产事故,而水电隧洞超前地质预报工作相对薄弱,因此开展水电洞室超前地质工作是一种新的应用和研究。首先介绍了TSP技术的发展现状和基本原理,探讨了影响TSP数据采集的几点关键因素;之后,将TSP方法应用到乌东德水电站的泄洪洞和导流洞中,获得了大尺寸工作面水工洞室超前地质预报结果,并绘制出不良地质体3D空间分布成果。该结果与随后施工开挖揭露出的溶洞以及工作面前方存在的导流洞水体分布基本一致,验证了TSP技术在水电水利地下工程中应用的可行性和有效性,具有一定的应用推广意义。     

基于黏弹性介质的隧道地震二维正演模拟

针对隧道中各种不良地质体的超前预报问题,以黏弹性介质为基础,在空气隧道周围添加一定厚度的开挖损伤带,建立符合实际情况的观测系统,通过交错网格有限差分正演,模拟地震波在断层、软弱夹层、溶洞等地质灾害体模型中的传播,根据不同时刻的波场快照来研究相应地质模型地震记录的响应特征。通过对隧道地震二维波场模拟结果进行分析,研究结果表明:对一阶速度-应力黏弹性波动方程,采用交错网格有限差分,并且对隧道添加约束条件,可以快速、有效地实现隧道地震的二维正演模拟,并且波场快照能够清楚地反映地震波在不同地质模型中的传播特征以及波的转换特征,地震记录能够反映不同地质模型的地震响应特征,可以为实际隧道超前预报提供理论依据。     

我国隧道工程超前预报技术现状分析

隧道施工期的地质超前预报要解决的问题是:能够准确无误地查明其工程岩体的状态、特征以及可能发生地质灾害的不良地质体的位置、规模和性质,特别是在复杂的岩溶地区该工作尤为重要.超前预报的方法目前分为两大类,即直接预报方法和间接预报方法两类.直接预报方法主要有掌子面的超前钻探、超前平导法等;间接预报方法主要是多种类型的地球物理探测手段.回顾了我国隧道工程超前预报技术的历史,介绍了近年来的研究进展,分析了其现状,指出了当前亟待解决的一些问题并提出了解决这些问题的基本设想.对目前国内正在进行研制的相控阵探地雷达的进展情况进行了介绍.     

灰岩区溶洞与薄层泥岩物探异常差异分析

针对地球物理反演问题存在多解性、单一物探解译成果易与实际情况产生偏差等问题,以区分灰岩区大型溶洞与岩体破碎产生的相似TSP异常、提高超前预报解译精度为目标,将EH4、TSP303及地质雷达技术用于千岛湖配水工程灰岩区不良地质探测。简述了三种物探方法的原理及观测系统设置方式在EH4电磁异常区域开展隧洞超前预报工作,物探成果有效揭示了不良地质的存在。鉴于TSP两次预报异常相似但开挖结果不同,提出了根据TSP纵波速度谱中低速带的分布形态来区分溶洞与破碎岩体的方法。结果表明:大型溶腔与薄层泥岩均对应偏低的纵波波速、密度及杨氏模量,但前者在TSP纵波速度谱中表现为小范围封闭状低速异常,后者低速带呈带状,产状相对清晰;溶洞雷达异常表现为双曲线状同相轴且具备与完整灰岩对比度明显的强振幅特性,薄层泥岩反射能量较溶腔弱,波形杂乱错断,但未呈现明显双曲线特征。     

滇中引水工程香炉山隧洞勘察关键技术

滇中引水工程地质构造背景与地震地质条件极为复杂。香炉山隧洞全长62.60 km,最大埋深1 450 m,穿越滇西北横断山脉及金沙江与澜沧江两大流域分水岭,跨越多条区域性深大断裂,是滇中引水工程中单洞最长、埋深最大隧洞,也是目前国内在建水利工程中施工难度最大、地质条件最为复杂的大深埋超长隧洞。结合香炉山隧洞复杂地质条件、存在的主要工程地质问题,以及可能产生的地下水环境影响风险,系统地总结了香炉山隧洞勘察研究过程中采用的基于3S技术的地质遥感解译、大地电磁测深、千米级深孔勘探测试、复杂岩溶区大埋深超长隧洞选线、地下水三维渗流场数值模拟等勘察关键技术和研究方法,创新性地研发了千米级深孔地应力测试技术、深部岩体水文地质参数测试技术以及适用于复杂地质条件下大埋深隧洞的超前地质预报关键技术;形成了一套较为系统、全面的大埋深超长隧洞勘察关键技术研究方法,为类似工程勘察研究工作提供了重要参考及借鉴。     

基于电磁波CT技术的德厚水库帷幕地质情况分析

德厚水库工程大部分位于碳酸盐岩地区,岩体破碎带、溶洞、溶隙、溶管等不良地质体发育。通过采用组合频率与非固定观测系统相结合的方法,解决了电磁波CT技术在岩溶地区测试所面临的因孔间距过大导致电磁波穿透介质困难的问题。根据电磁波CT反演的岩体吸收系数剖面编制工区地质解译图,推断工区范围内岩溶、岩体破碎带等不良地质构造发育规模及分布范围,分析德厚水库帷幕地质情况,为保证库盆防渗工程质量发挥作用。