基于光纤电流传感的BEAM隧道超前地质预报方法

在BEAM综合法的实施中,护盾与刀盘之间较小的接触电阻使得探测电流和屏蔽电流失去隔离,产生泄露电流。实验表明,泄露电流会导致视电阻计算精度的降低,致使隧道超前地质预报产生漏报。为消除泄露电流对超前地质预报造成的不良影响,提出了基于光纤电流传感的BEAM隧道超前地质预报方法,通过在主轴承外缘安装光纤电流传感器,测出分布于主轴承内部的接触电流的大小,消除了它对视电阻测量的影响。实验证实,与BEAM综合法相比,本方法排除了泄露电流的干扰,提高了探测精度。     

基于移动阵列电极的盾构超前探测正演响应分析

针对现有超前探测技术探测空间狭小、电磁干扰严重且难以应用于隧道掘进机（Tunnel Boring Machine,简称TBM）施工隧道等难题,采用一种基于移动阵列电极的盾构超前探测方法。运用Comsol Multiphysics有限元仿真软件建立地电模型,对不同地质情况进行正演响应分析。结果表明:存在保护电极时,电压分布范围明显扩大,表明探测范围增大,为提高探测效果,有必要添加保护电极;异常体的尺寸、形状、位置改变会影响测量电压分布呈现规律性变化,表明这种方法对异常反应的响应良好;通过移动阵列电极盾构超前探测物理模型实验结果对比证明了基于移动阵列电极的盾构超前探测方法的可行性。      

串联电极法聚焦电流隧道前探效果的仿真分析

目前BEAM聚焦电流法隧道超前探测的研究取得了一些进展,但由于隧道施工的复杂性,该技术的运用存在一定的局限性。这里在BEAM系统特点的基础上,结合三电极侧向测井方法,提出一种电流串联法系统,可实现动态掘进过程中的地质体视电阻高速、高精度测量。通过仿真比较BEAM系统方法与电流串联法系统,可以看出,两种方法对于异常体的探测灵敏度基本相同。     

钻杆供电超前探测数值模拟研究

隧道/煤矿巷道掌子面前方致灾地质因素探查一直是困扰安全掘进的工程难题。为解决超前探测存在的问题,提出了一种基于钻杆供电的超前探测方法。该方法利用掘进钻杆作为供电电极,将激发电流"传输"到迎头前方,在巷道/已有的钻孔内布设测量电极,接收电位信号。数值模拟结果表明,与传统的三极探测方法相比,基于钻杆供电方法极大提高了测量异常的幅度,大大提高了测量结果的准确度和可信度。     

隧道洞周异常体方位判断的差动电压法仿真研究

基于聚焦电流法的隧道超前探测BEAM(Bore-tunnelling Electrical Ahead Monitoring)的研究取得了一些进展,但由于BEAM综合法的局限性,使得发现隧道掌子面前方有异常体后,仍无法判断异常体的具体方位。因此在BEAM系统的基础上,提出了一种基于周向电极扫描差动电压法的测量手段,有限元方法仿真表明,该测量方法可以判定异常体在掌子面前方的方位。     

长极距建场电激励下板状体隐患综合特征研究

为克服电法超前探测在巷道内供电不便、数据解译复杂等问题,拟采用地面或钻井供电的长极距大定源建场模式,测量电位差及激发极化率,并依据其异常变化判定地质灾害。为此以低阻板状体为例,进行物理模拟试验。结果表明:在迫近隐患时,测量电位差和极化率均不断减小,且极化率为负值。采用三维观测,根据各个方向的异常对比分析,可以实现对隐患的定位,实现实时预警。这种长极距定源超前探测方法对掌子面前方或附近异常体有一定的分辨能力,适用于煤矿井下巷道以及隧道的超前预报。     

沪昆高速铁路朱砂堡1~#隧道超前地质预报方法研究

沪昆高速铁路朱砂堡1~#隧道不良地质问题及特殊岩土分布较多,特别是岩溶问题较为突出。为保证隧道施工安全,结合掌子面地质素描分析结果,分别采用地质雷达探测法、地震波预报技术(TSP)及红外探测法对朱砂堡1~#隧道开展超前地质预报工作。对比分析结果表明,三种预报方法对砂堡1~#隧道超前预报中准确性高低依次为:红外探测地质雷达TSP,但TSP的适用范围更为广泛;通过结合两种或两种以上预报方法进行预测,朱砂堡1~#隧道预报的成功率基本达到100%,开挖过程中没有发生一起围岩坍塌或突水突泥事件,取得了良好的预报效果,保障了隧道施工和工作人员的安全。     

隧道含水构造电阻率法超前探测正演模拟与应用

针对直流电阻率法超前探测研究中理论研究落后于工程实践的现状和探查效果较差的问题,对隧道直流电阻率法超前探测进行了系统的正演研究。首先,利用有限单元法数值手段对含水断层等多种典型含水构造的超前探测进行了正演,得到了典型含水构造超前探测的异常响应特征,提出了干扰识别与去除这一关键技术,形成了掌子面前方有用信息提取的有效途径,为隧道含水构造的超前探测奠定了理论基础。其次,研制了隧道含水构造超前探测物理模型试验装置和相似材料并开展了物理模型试验,在实验室尺度下对直流电阻率法超前探测这一新型测量方式进行了有益的探索,验证了该方法用于含水构造探测的有效性。最后,结合实际工程进行了超前地质预报实践,实现了对含水构造的定性判断。应用效果表明,直流电阻率法超前探测研究为现场应用提供了指导和参考,并为含水构造的三维反演成像与定位奠定了基础。     

激发极化法的某些研究

目前激发极化法是用来探寻金属矿的主要方法之一,找硫化矿最有效.因为极化直接随颗粒界面的面积的总和而变,所以适合于勘探浸染的硫化矿.因为它具有深度控制,所以有时在圈定地下水以下的硫化矿方面比某些电法(例如自然电流法)优越.激发极化的起因现在已经是很清楚的了,最主要的起因是电极极化利薄膜极化.寻找金属矿是基于电极极化的原理,而薄膜极化的原理则用于找地下水.利用这两种机理,可以鉴别新鲜水与脏水之间的分界面.     

盾构隧道壁后注浆效果的雷达探测研究

盾构隧道的纵向力学与变形性态研究,尤其是盾尾壁后注浆效果已经引起国内外学者的广泛关注,笔者首次利用探地雷达方法,对上海某盾构隧道盾尾壁后注浆分布进行探测,并进行了初步的分析,结果表明,利用该方法可有效地探测隧道壁后的注浆分布,为隧道纵向力学变形性态的控制提供一定依据。     

TBM护盾−围岩相互作用荷载识别方法

随着隧道掘进机（tunnel boring machine, TBM）开挖隧道埋深逐渐加大,穿越的地层结构更加复杂,如何降低卡机风险成为亟待解决的问题。提出了一种基于牛顿迭代和有限元理论的TBM护盾?围岩相互作用荷载反演方法。该反演方法以护盾内表面测点应变测量值与计算值的误差作为目标函数,并引入Moore-Penrose广义逆对反演方程进行求解。采用了护盾外表面有限分区的策略,定义各分区节点荷载值为反演参数,可以方便地控制反演参数的数量。各分区内部荷载通过节点值插值得到,实现了护盾表面任意分布荷载的离散拟合。算例结果表明：该反演方法计算效率高,对观测值误差具有很好的免疫效果;能够有效地获取护盾外表面的荷载分布规律和摩阻力的大小,在一定程度上能够为现场安全掘进、卡机预警以及事故处理提供指导。同时,该反演算法也可以扩展到低维情况,对其他结构受力或者物理参数的反演具有一定的借鉴意义。     

长极距定源建场法超前预报掘进工程隐患

巷道或隧道掌子面超前预测预报,受空间限制和现场电干扰等诸多因素的影响,难以获得信噪比高的电位数据。将长极距定源建场法用于地下掘进工程超前预报,在AB电极中间段,掘进掌子面前方的电阻率或极化率异常地质体都会使近似均匀电流场发生扰动,形成电场或激发极化率异常,从而使这种预报方法对掌子面前方或附近异常体具有一定的分辨能力。这一超前预报方法克服了电法仪器需要在巷道内供电所带来的诸多不便,适用于煤矿等生产矿山以及交通、水利水电等掘进工程领域超前预报。      

超导岩石磁力仪参数的选择

本文讨论了用于古地磁测量的超导岩石磁力仪的若干参数,如样品杜瓦管直径、探测线圈匝数、超导屏蔽筒直径等的选择,并计算了超导岩石磁力仪的理论灵敏度。     

巷道超前探测散射成像处理技术

国内外在隧道施工过程中已开始应用反射波法超前探测前方小构造,如断层、陷落柱.由于前方的断层面、陷落柱界面起伏不平,所以接收到的反射波能量较弱,难以精确成像,而基了惠更斯原理的散射成像方法能充分利用地震信号的全波场信息,具有较好的偏移成像效果,散射成像为巷道超前探测提供了一种可行的成像方法.笔者通过建立巷道超前探测模型,分析了散射成像处理技术的效果,验证了散射成像方法应用于巷道超前探测的可行性.     

全断面隧道掘进机护盾受力监测及卡机预警

全断面隧道掘进机(简称TBM)在穿越深部软弱地层时围岩收敛变形较大,围岩容易挤压护盾,导致TBM卡机,影响TBM正常掘进。通过分析TBM卡机灾害孕育过程,得到了预测TBM卡机的重要条件：一是围岩变形量大于预留的空间,二是额定推力不能克服摩擦阻力。为了监测实际工程TBM卡机状态,提出了一种监测护盾变形的方案以及护盾受力的计算方法,可通过监测得到的变形估算护盾的受力,进而计算出护盾受到的摩擦阻力,得到TBM卡机的状态。根据TBM受到的摩擦阻力、TBM正常掘进时所需推力和TBM额定推力之间的关系,将TBM卡机状态分为4个等级,即无卡机、轻微卡机、卡机和严重卡机,并提出了对应的处理措施。结合TBM卡机条件以及护盾受力监测方案,提出了TBM卡机灾害预警流程。在兰州水源地输水隧洞工程中应用了该监测方案和卡机灾害预警流程,应用结果表明,预测的卡机状态与TBM实际状态基本一致,说明该方法具有一定的可靠性,对指导TBM隧道施工具有重要意义。     

RP-1型岩矿石电性测量系统研制

利用四极法原理设计了良导、不极化电极架,采用高精度数据采集系统保障了弱信号的提取,研制出新型岩矿石电性测量系统.经测量验证,该系统观测精度高,重复性好,可用于测量各类岩矿石样品的电阻率和极化率.     

同点激电法

本文介绍作者近年来试验研究同点激电法中的两个分支方法(同极激电法和共极激电法)所取得的某些结果. 同极激电法的供电电极A(或B)与测量电极M(或N)分别共用不极化电极中的同一根铜棒;供电电线(A B)与测量电线(MN)也供用同一条导线;共极激电法不共用一条电线和一根电极,但供电电极A(或B),与测量电极M(或N)仍装在同一个不极化电极(或极罐)中,这两种装置均较目前常用的一般激电法简便.用现有激电仪即可观测.     

高密度电法勘察岩土工程实例

利用岩土层间的导电性差异特性，使用由WDJD-1型主机与WDZJ-1多路电极转换器组成的高密度电法测量系统，按照不同的工程要求，采取不同的排列方式进行勘探，并用RES2DINV(演示版)高密度电阻率数据二维反演软件对所采集的数据处理解释，可实现对不同岩土层界面的划分。与常规电法相比，其方法手段更为先进，定性定量解释可靠，影像图件直观清晰。     

TBM施工岩巷掘探一体化技术研究进展与思考

煤矿岩巷全断面掘进机(TBM)施工,是满足集约化、现代化、智能化大型矿井深部高强度开发采掘平衡与高效建设生产的重要方法之一。但是,TBM掘进对于不良地质条件适应性较差,尤其是破碎带、断层、软弱岩层及富水区等复杂地质条件会造成坍塌、卡机、卡盾、涌水等问题,从而限制了其发展。为充分发挥TBM快速掘进效率,将超前探测仪器与TBM机械进行一体化设计,开展随掘探测是煤矿岩巷TBM掘进发展亟需突破的关键技术。从TBM施工岩巷的掘探一体化技术研究出发,回顾了近年来隧道、煤矿岩巷随掘探测技术新进展,介绍了包括随掘地震、随掘电法、随掘瞬变电磁等掘探一体化技术;围绕提高随掘超前探测精度,实现高精度异常体成像,论述了岩巷TBM掘探一体化技术的发展方向,包括超前探测数据采集系统、信号处理方法、巷道界面成像新方法新技术等。认为掘探一体化设备要向自动化、信息化、智能化方向发展,要形成以智能化控制系统为核心的掘进、探测、预报集成化管理平台,实现掘进参数的智能选取、超前探测数据的实时处理与叠加成像,形成掘探一体智能控制与地质条件融合判识系统,为深部煤炭资源的精准开发利用与煤矿智能化建设提供透明地质条件支撑。      

云台山隧道与两端线路路基病害的探地雷达检测

采用探地雷达对陇海铁路线云台山隧道及两端线路的路基状况和严重翻浆冒泥病害进行了探测，现场提取了翻浆冒泥土样和基床土样并进行了土工试验，根据探测、试验和现场挖探结果，给出了云台山隧道及两端线路的路基表面以下道碴、基床土和基岩之间界面及其与排水沟的深度关系，阐明了翻浆冒泥病害的成因，据此提出了“水泥土挤密桩加固基床土与土工膜封闭层”病害整治方案，为该段铁路线路病害的整治提供了科学依据和合理方法。