隧道地质预报中的瞬变电磁视纵向电导解释方法研究

瞬变电磁隧道超前地质预报最常用到的成果解释图为视电阻率等值线图,但由于视纵向电导相对于视电阻率等值线图具有更好的电性界面识别特征,因此,研究隧道超前地质预报中的瞬变电磁视纵向电导解释方法就显得很有意义。通过建立在全空间条件下的等效导电平面法来计算视纵向电导参数,并且详细阐述了视纵向电导曲线及其一次、二次微分曲线之间的关系。然后,通过建立隧道正演夹层模型和实际应用实例对视纵向电导的解释特点和效果进行较为全面的分析研究,并深入讨论了视电阻率等值线图与视纵向电导二次微分成像联合解释方法。最后,总结和归纳出视纵向电导在瞬变电磁超前地质预报解释中的一些方法特点和规律,以此指导瞬变电磁法在隧道内的超前地质预报工作,不断提高瞬变电磁隧道超前地质预报的精度及准确度。     

一种隧道水体不良地质体超前地质预报方法--瞬变电磁法

本文在现有隧道超前地质预报方法的基础上,引进了一种新的隧道超前地质预报的方法—瞬变电磁法。该法对低阻含水断层、充泥充水溶洞、含水含泥破碎带等水体不良地质体反映灵敏。通过对瞬变电磁法在隧道探测中关键技术的研究,解决了隧道背景影响和装置自身过渡过程影响等关键技术问题,成功地将瞬变电磁法用于隧道超前地质预报。通过对实例验证结果表明,应用瞬变电磁法进行隧道水体不良地质体超前地质预报是有效的。     

瞬变电磁技术在隧道超前地质预报中的应用

介绍了瞬变电磁技术在隧道超前地质预报中的探测原理及方法,结合华蓥山隧道中的应用实例,指出了瞬变电磁法超前地质预报的优势及存在不足,说明了瞬变电磁法应综合应用地震波反射法、电磁波反射法等,才能全方位掌握掌子面前方地质情况,以实现指导施工。     

地质雷达在隧道施工超前地质预报中的应用研究

简要介绍了隧道施工中超前地质预报的重要性,以及地质雷达超前地质预报的基本原理。以某隧道为例,采用多个天线的地质雷达对掌子面前方不良地质体进行探测,预报结果与现场开挖验证情况较为吻合,表明通过采用多个天线提高了对掌子面前方不良地质体探测的准确性。     

综合地质超前预报在核桃园隧道施工中的应用

为了提高单一的地质超前预报方法在隧道工程施工中对掌子面前方地质情况预报的准确性与可靠性,降低工程风险,确保施工安全,在新建铁路蒙西至华中地区铁路煤运通道三门峡至荆门段核桃园隧道施工过程中,运用地质雷达法、瞬变电磁法、TST隧道地质超前预报三种方法对隧道掌子面前方地质情况进行探测,经综合分析,较为成功的预测到岩溶和岩溶水的存在,取得了较好的效果,说明了综合地质超前预报相对于单一方法而言,更具有优越性和实用性。     

TSP与水平地质钻在岩溶隧道超前地质预报中的应用

岩溶区隧道主要的不良地质为富水型岩溶管道、充填型溶洞、岩溶空腔等,如何精准判断隧道掌子面前方是否存在上述不良地质,对岩溶区隧道施工至关重要。以某岩溶区隧道溶洞探测方案为依托,首先采用弹性波发射法(TSP)对掌子面前方不良地质进行探测,查明了前方不良地质的分布范围与分布特征,然后采用超前水平钻探技术对地质异常带进行验证与修正,取得良好的探测效果,有效解决了"如何精准判断隧道掌子面前方是否存在不良地质"这一关键问题,为隧道处治方案提供了强有力的数据支撑。     

岩溶隧道斜井突泥涌水综合超前地质预报技术应用

云贵高原隧道施工常遇岩溶、断层破碎带等不良地质灾害给施工安全、进度等带来极大影响，而采用单一超前探测方法不准确、不清晰，无法保证施工安全和精准指导施工。提出采用“多种物探手段+钻孔摄像”超前地质综合探测方法，探测技术包括地质雷达三维探测技术、数字化多要素隧道超前地质CT技术和长距离超前水平钻孔孔内成像技术，根据物探结果探测出掌子面前方溶洞溶腔富水位置等，再利用钻探孔内成像结果直接观测，准确探明前方不良地质情况，最后制订具有针对性的施工方案。     

HSP法在中老铁路隧道工程地质预报中的应用

HSP法隧道超前地质预报技术是目前用于复杂地质预报的一种有效物探技术,该方法利用锤击或爆破震源激发,通过对震动信号反射波的提取与反演成像,实现隧道掌子面前方不良地质体(带)的预报。本文以中老铁路磨万段多个隧道为实践项目,利用对HSP法对断层及破碎带、节理密集发育破碎带和软岩等不同类型不良地质体进行了探测,结合隧道实际开挖揭露情况对预报结果进行了评价,结果表明HSP隧道超前地质预报技术探测效果准确、可靠,有效保障了隧道施工的安全,具有广阔的应用前景。     

基于椭圆展开共反射点叠加的隧道地震波超前探测成像方法与应用

采用地震波法探明隧道前方断层、溶洞等不良地质体,是隧道施工安全的重要保障,而有效的成像方法则是关键。椭圆展开是一种新型的偏移成像方法,已在地表地震勘探中得到应用,然而尚未被引入隧道地震探测中。针对隧道环境,基于非标准椭圆方程,构建了隧道空间观测方式椭圆展开方法,同时重新设定隧道轴线方向为椭圆展开法向出射点方向,实现了对隧道掌子面前方区域地质的成像;通过共震源点地震记录的椭圆展开及相干叠加,最终实现掌子面前不良地质的识别和定位,形成了基于椭圆展开共反射点叠加的隧道地震波超前探测成像方法。在此基础上,基于交错网格有限差分方法,对岩性界面和断层进行了系统的正演成像研究,分析了不同地质模型的成像特征;最后,依托现场进行了探测试验,探测结果与开挖揭露情况基本一致,验证了成像方法的有效性和实用性。     

隧道瞬变电磁超前探测去噪方法试验研究与应用

隧道等地下工程在施工过程中常面临突水突泥等地质灾害,瞬变电磁法能够基于介质间的电阻率差异对掌子面前方的含水构造进行探测和定位。但由于隧道环境存在较多的干扰,实际探测获取的中晚期数据质量相对较差而无法使用。设计均匀半空间模型和三层经典模型研究瞬变电磁法探测的感应电动势转化成视电阻率的适用性,发现在无干扰时晚期数据转化效果良好,在强干扰情况下晚期数据转化效果较差。使用这2种模型,分别对比3种滤波算法改善晚期数据质量,改善瞬变电磁场强干扰环境下晚期衰减曲线的信噪比,提高瞬变电磁探测深度。现场试验发现,采用滤波算法与传统直接截断方法对比后,晚期数据可以使用,有效提高了探测深度,早期数据成像结果与直接截断方式成像结果相同,滤波算法不影响早期数据。     

隧道全空间瞬变电磁任意点垂直磁场分量全域视电阻率解释方法研究

 针对目前隧道瞬变电磁超前预报主要利用垂直分量晚期视电阻率断面进行近似解释存在的不足,文中研究了隧道瞬变电磁任意共面垂直磁场全空间全域视电阻率解释方法。首先,从电偶极子的均匀全空间响应公式出发,通过对偶极子响应进行矢量叠加,计算隧道全空间回线源瞬变电磁场垂直分量的响应。然后,根据全空间磁场时域响应推导了隧道瞬变电磁共面垂直磁场的全域视电阻率的定义方法,介绍了利用反函数原理进行电阻率计算的数值迭代方法。最后,计算并分析了隧道腔体和含水体对视电阻率的影响。将文中解释方法与传统解释方法进行对比分析,计算结果表明,文中视电阻率定义方法较其他方法可以避免隧道腔体的影响,能够更好的对含水构造进行探测。     

视电阻率测深和音频大地电磁测深在坦桑尼亚某金矿区探测效果的对比分析

隐伏矿产勘查是我国乃至世界现今的主要任务,电阻率测深法和大地电磁测深法是寻找深部矿和隐伏矿的主要工作手段;根据大功率视电阻率测深与音频大地电磁测深在坦桑尼亚某金矿区的实际应用,结合钻孔地质剖面对两者的测量结果反演后进行了对比研究,分析了两种测深方法在构造蚀变岩型金矿上各自的探测效果,研究认为:采用视电阻率测深和音频大地电磁测深可以推测地下构造带电性分布特征、地质结构、构造产状及矿(化)体的赋存空间,音频大地电磁测深对矿区深部构造形态反映效果较好,显示了构造蚀变带的垂向延伸情况;视电阻率测深在反映中、浅部地质体特征方面效果较好,并进一步提高了对大地电磁异常的横向分辨能力,能够为布置钻探工程提供更加充分的依据。     

隧道含水构造直流电阻率法超前探测三维反演成像

突涌水地质灾害是隧道修建面临的主要威胁,隧道掌子面前方赋存的突水灾害源——含水构造的三维定位已经成为亟待解决的关键难题。针对上述难题,提出了直流电阻率法三维反演成像超前探测方法。首先,建立了直流电阻率法超前探测三维全空间立体观测方式,针对测线附近的旁侧干扰严重这一关键问题,提出了干扰识别与去除方法,实现了掌子面前方三维有效信息的测量。综合线性反演方法和非线性反演方法的优点,提出了改进遗传算法与最小二乘法相结合的混合反演成像方法,既摆脱了对初始模型的依赖,又保证了反演进化效率。然后,重点对断层、裂隙、溶洞等典型的含水构造进行了系统的反演数值试验,获得了典型含水构造的三维成像特征和相应的地质解释依据,为实现由观测数据到三维成像再到地质模型的映射奠定了基础。最后,将直流电阻率法超前探测三维反演成像方法应用到模型试验和实际工程中,实现了含水地质构造的较准确三维定位,证明该方法具有良好的推广应用价值。     

地质超前预报在隧道工程中的应用

结合隧道现场实例,通过建立多种手段相结合的超前预报系统,在最大程度上了解隧道掌子面前方的地质情况,并尽量控制不良地质现象的发生,从而有效地降低了隧道施工风险,保证了隧道工程顺利进行。     

隧道三维电阻率E-SCAN超前探测反演与优化方法研究

超前地质预报是隧道施工中必不可少的环节,将地面三维电阻率E-SCAN观测模式引入到隧道超前预报中,其中供电与采集电极都布置在隧道掌子面,可有效降低旁侧干扰因素的影响,提出了基于三维电阻率E-SCAN的隧道超前探测新型观测模式。建立了隧道三维电阻率E-SCAN超前探测地电模型,获得了敏感度矩阵分布特征:矩阵元素数值较小且相差悬殊;元素绝对值随深度衰减迅速;靠近供电与采集电极位置元素绝对值较高。为改善反演的深度定位问题,对敏感度矩阵中元素施加不同大小的增益因子,对原有敏感度矩阵中高值元素进行抑制,对低值元素进行增益,形成了基于敏感度增益因子的隧道三维电阻率E-SCAN超前探测反演优化方法,在理论上可以提高异常体的深度定位精度。开展数值算例与物理模型试验研究,结果表明在隧道三维电阻率E-SCAN超前探测中,相较于常规光滑约束反演,反演优化方法在异常体的深度定位精度方面具有明显优势。     

Examining the influence of TBM-ground interaction on electrical resistivity imaging ahead of the TBM

Tunnel excavation by means of tunnel boring machines (TBMs) is susceptible to unknown changes ahead of the tunnel face. Geophysics offers a technique called electrical resistivity that can continuously, in real-time, spatially map the formation in front of the TBM. Electrical resistivity has been successfully established for many applications including vadoze zone hydrology, oil/gas location, mineral location and failure detection in geo-structures. Yet it has not been well-established for TBM excavations. This is in part due to the complexity of the TBM tunneling environment and the uncertain influence this environment may have on the success of TBM-integrated-electrical resistivity to predict changes ahead of the tunnel face. One significant uncertainty lies in the interface region that exists around the TBM created during the modification of the virgin formation by a mechanical mixing action of the rotating cutterhead and the injection of additives used to aid in the extraction of the muck and protect the cutting tools from frictional wear. In this study, we investigate the influence of this interface region on TBM-integrated-electrical resistivity for both hard rock and soft ground tunneling conditions through finite element modeling. Regarding the performance of TBM-integrated-electrical resistivity to detect changes ahead of the cutting face, the interface region holds significant influence for both earth pressure balance (EPB) and open mode tunneling conditions. Electrical resistivity for slurry based tunneling is not influenced by the interface region. Simulations suggest that TBM-integrated-electrical resistivity can be sensitive to a formation change that is located up to five diameters in front of the TBM.     

延时性高密度电法监测土壤中盐水溶液扩散过程的初步研究

为研究高密度电法对地下无机物污染液体渗漏监测的有效性,在野外进行了延时性高密度电法实验。在场地内采集浇盐水前和浇盐水后不同时刻的高密度电法数据,分析了视电阻率的时空变化特征。初步实验结果表明,延时性高密度电法对盐水溶液的扩散有很好的探测效果,揭示了延时性高密度电法这种新的地球物理方法将对无机类化学污染物的扩散、海水入侵、堤坝的渗漏、未饱和区域水的渗漏等工程地质和环境地质问题起到越来越重要的作用。     

城市地铁跨孔电阻率CT超前地质预报方法研究

 为了提高跨孔电阻率CT方法在城市地铁超前预报中的应用水平,杜绝重大地质灾害隐患,确保地铁隧道开挖施工安全,探讨基于有限元法和最小二乘法的跨孔电阻率CT正、反演数值模拟方法,构建城市地铁超前预报经常需要探测的充水溶洞、充水断层和基岩面3种地电模型,分析、总结其响应特征及规律,验证其应用于城市地铁超前预报的可行性,并指出该方法在地铁预报中的其他适用探测对象。鉴于城市地铁超前预报环境的复杂性,提出跨孔电阻率CT方法用于地铁超前预报的3种测线布置方式和一种三维切片解释方法。结合实例分析,进一步阐述该方法的实际应用特点和效果。研究结果表明,跨孔电阻率CT方法用于城市地铁超前地质预报时其精度高、准确性好、实施灵活方便、不占用隧道开挖时间,优势较为明显。