隧道地质超前预报研究进展

隧道地质超前预报是工程地球物理研究中的疑难问题之一。目前应用的工程地质推断、地质雷达探测是、反射地震负视速度法、TSP和TRT技术有一定的效果,但在目标判别、定位和岩体工程分类的可靠性方面还需要改进。     

TSP 203在云南元磨高速公路隧道超前地质预报中的应用

TSP203系统是瑞士Amberg工程技术公司最新研制并拥有专利的隧道地震探测仪，专门为隧道超前地质预报而设计的。该系统从数据采集、处理和成果评估高度智能化。采用该系统可以预报隧道工作面前方至少100m围岩地质体的性质、位置和规模，并可算出其岩石物理力学参数，为确定合理的支护参数提供依据，确保隧道施工安全和质量。本文是TSP203系统在云南元磨高速公路隧道超前地质预报中的应用实例。     

TSP在隧道超前地质预报的应用研究

由于隧道施工经常遇到严重的地质灾害,施工前进行超前地质预报是十分必要的。本文介绍了TSP超前地质预报系统的技术特点和基本原理,结合工程实例探讨了在使用TSP过程中的一些技术问题。结果显示利用工程地质调查结论可以确定合理的探测方案和提高TSP的预报精度。     

我国隧道地质超前预报技术述评

隧道地质超前预报在隧道施工开挖中起着关键性作用,同时也是工程地球物理界所面临的一大技术难题.本文回顾了我国主要隧道地质超前预报技术（隧道地震预报系统、水平声波剖面法、陆地声纳法、地质雷达法、红外探水法、超前钻探法和超前平导法）的历史,介绍了它们近年来的研究进展;分析了其现状及在几何结构成像、物性结构反演成像和复杂地质体结构探测中存在的不足;指出了当前亟待解决的基础理论研究、正反演研究、多参数综合利用、建立三维可视化的预测预警系统等问题并提出了解决这些问题的基本设想.     

高压富水区隧道超前地质预报应用研究

隧道施工过程中,经常遇到突水、突泥和坍塌等无法预料的地质灾害,给施工安全带来了重大灾难和无法估计的经济损失,为了保证隧道施工安全,对不良地质体的发育情况进行准确及时的超前预报,是当前隧道设计与施工中亟待研究与解决的关键问题.详细介绍了TSP-203超前预测预报原理及方法,针对渝宜高速公路某隧道复杂的地质条件,在施工过程中进行了超前地质预测预报,并对预报结果进行了较为详细的处理和分析,同时根据隧道施工现场高压区富水层等地质情况,对隧道外水荷载计算方法和衬砌设计结构进行了分析.结果表明,预报成果与实际情况基本吻合,有效地指导了隧道施工.     

综合超前地质预报技术在断层发育区隧道下穿水库工程建设中的应用

首先研究了断层发育区某隧道下穿水库段的工程、水文地质特征和地球物理特征.根据富水断层破碎带一般表现为低波速和低电阻率的物性特征,有针对性的选择了以波速差异为物性基础的地震波法和以电阻率差异为物性基础的瞬变电磁法进行综合超前地质预报.其中地震波法采用地层速度和地质构造界面进行综合分析解释,对断层破碎带的位置、规模及产状进...     

隧道地质灾害超前预报的地震反射法

介绍了利用地震反射法进行隧道地质灾害超前探测的基本原理、观测方法,讨论了反射波时距曲线方程和特点以及实际应用中存在的主要问题和影响因素,指出采用地震反射法与工程地质调查法相结合可以提高超前探测的准确性和精度.     

瞬变电磁隧道超前预报成像技术

为解决隧道掌子面前含水带病害快速有效探测问题,尝试把对含水带结构反映敏感的瞬变电磁法引入到隧道掌子面前进行工作.文中介绍了瞬变电磁超前预报的工作装置形式;通过对掌子面特定环境的分析,提出引用“浮动薄板”理论,以二次电导微分参数为特征量建立隧道超前预报成像系统.推导出以等效导电薄板为虚拟像源的磁场响应与电导之间的非线性关系式. 通过引入辅助函数,采用遗传算法求得电导参数.最终以二次电导微分参数绘制成像剖面.对地电模型进行数值模拟和对应用实例进行了成像,结果表明成像方法对隧道掌子面前方水体病害预报效果明显.     

TSP\|203在隧道超前预报中的应用

TSP\|203系统是瑞士Amberg工程技术公司最新研制并拥有专利的隧道地震探测仪，专门为隧道超前地质预报而设计的.该系统从数据采集、处理和成果评估高度智能化，采用该系统可以预报隧道工作面前方100 m左右围岩地质体的性质、位置和规模,并可推算出其岩石物理力学参数，为确定合理的支护参数提供依据，确保隧道施工安全和质量.本文对TSP\|203系统、工作原理、数据采集及资料解释方面做了系统的阐述.     

人工地震反射法在超前地质预报中的应用

超前地质预报关系到隧道施工的安全和进度。实践表明,采用基于人工地震反射法的TSP203超前预报系统(以下简称TSP203系统),并结合其它探测手段的综合预报方案能较好的实现超前地质预报,并可兼顾隧道施工特点和成本。文中介绍了TSP203系统的基本工作原理,并通过该系统在大瑶山铁路隧道的应用实例,说明该系统在复杂地质条件下的具体应用情况。结合多年现场实际操作经验着重分析了预报误差产生的主要原因:客观上由于岩性和构造面本身的复杂性以及TSP203系统的局限性,该系统探测与隧道轴向大角度相交的近平面状的结构面较适合,小角度或者平行结构面则不适合,探测溶洞和地下水有较大难度;主观上与操作人员的运用水平密切相关。提出了提高数据采集精度以及结合实际地质情况和其它物探方法提高对反射体解释能力的建议     

地下地质灾害地球物理探测研究进展

介绍了地下地质灾害地球物理探测方法的基本原理及其研究进展,指出目前常用方法的基本思路及其在实际应用中存在的主要问题,针对观测方法、观测系统、正反演模拟和室内试验研究等方面提出了大胆的构想和新的思路。     

国内外隧道超前预报技术评析与推介

国内外的隧道地质超前预报技术正在发展之中,目前应用的负视速度法,水平剖面法,TSP、TGP等技术,由于观测方式和资料处理方法比较简单,不能准确确定掌子面前方围岩的波速,从而致使地质界面定位不准确,围岩工程类别划分缺乏依据,亟待改进.TRT与TST技术采用空间观测方式和偏移成像方法,技术比较先进,能解决了掌子面前方围岩速度结构可靠分析的问题,实现了隧道围岩地质结构的精确成像,适合复杂地质条件下的地质超前预报应用.目前的超前预报过于依赖地震方法,实际上地震方法对于解决构造问题比较有效,解决含水性问题不如电磁方法,高密度电法和瞬变电磁方法在超前预报领域会有广阔的应用前景.实际预报工作中要取得好的预报结果,必须提倡综合方法,提倡地质分析与工程物探相结合,地震方法与地磁方法相结合,共同解决不良地质构造、含水构造、含瓦斯气构造的超前预报问题.     

南水北调西线隧道中隐伏断层超前预报研究

南水北调调西线工程线路地层倾角陡、沟谷纵横、地质构造复杂、隧道长,埋深大,同时要对1000 m以内的构造、岩溶、岩层划分等进行地质超前预报,利用以往的超前预报方法无法满足工程施工的要求.对于深长埋隧道断层的施工地质超前预报,本文使用CSAMT法探测技术,并进行了近场校正、各向异性校正、静态校正、分辨能力校正和联合反演等手段,进行了实际探测和对比分析,并取得了较好的探测效果.     

地震CT技术在大风垭隧道地质病害诊治中的应用

西部地区地形条件和地质构造复杂,工程地质条件较差,在基础工程建设施工过程中,地质病害频繁发生,为有效地治理各类工程地质病害,亟待提高地质病害诊断技术．本文结合某公路隧道地质病害诊断实例,说明了物探技术在隧道地质病害诊治中能发挥重要作用。     

Small fixed-loop transient electromagnetic in tunnel forward geological prediction

Tunnel forward geological prediction is indispensable to tunnel construction. The transient electromagnetic method is widely used in the field of tunnel forward geological prediction. A small fixed-loop transient electromagnetic method adapted to the limited space of a tunnel face is proposed for tunnel forward geological prediction for the first time. This method makes use of a large number of non-central points inside the loop. The obtained numerical simulation and field data show opposite trends owing to mutual inductance and self-inductance. A correction method for the field value of non-central points is proposed. The influences of different parameters are verified and the correction function is established by a test method. The validity of the correction function is verified through controlled field tests. The small fixed-loop transient electromagnetic has been successfully applied to a tunnel under the Weiwu expressway. This method can effectively improve the detection depth and better detect unfavourable geological bodies, such as karsts in front of the tunnel face.     

井巷工程反射波超前探测逆时偏移成像

探讨了井巷隧道工程反射波法超前地质预报成像问题.从一阶速度－应力弹性波方程出发,推导了二维各向同性介质情况下弹性波逆时传播的高阶差分格式,实现了弹性波在数值空间中的逆时延拓.构建反射波法隧道超前探测中的断层、软弱夹层等介质模型,以反射波探测的正演记录作为初始条件,并从程函方程出发,采用逆时差分格式求取介质模型网格空间中各点的直达波旅行时作为弹性波逆时偏移的成像条件,实现多波多分量资料的逆时偏移.偏移结果表明,逆时偏移能够使隧道壁接收到的波场准确归位,提高隧道反射波超前探测的资料处理的精度.     

龙马溪组页岩数字岩心动态法弹性等效数值建模

数字岩心是计算岩石弹性性质的一类常用方法.龙马溪组页岩具有多矿物构成、复杂微结构和强非均质等特征,常规岩石物理的弹性等效解析建模局限性较大,目前流行的静态数值等效建模方法的精度有限.本文基于高分辨率的页岩数字岩心数据,采用多阈值分割方法将数字岩心分解为黏土、石英、孔隙、TOC、长石类、黄铁矿类等六种矿物类型;利用矿物组分等效模量法计算各类矿物的弹性模量;采用二元函数分水岭方法表征不同压力下的岩石孔隙变形和颗粒接触关系变化;通过取向分布函数（ODF）定量分析矿物颗粒展布造成的各向异性特征.最后基于Biot孔弹方程,采用不分裂卷积完全匹配层（CPML）旋转交错网格有限差分法模拟不同压力下弹性波在数字岩心中的传播.以未加压的数字岩心为参考模型,计算不同压力下弹性波走时的平均时间差,进而估算各压力点的数字岩心等效速度.与该岩心样品的超声实验测量速度比较,动态法数值计算结果略偏高,据此校正数值计算过程中表征岩石微结构及颗粒接触关系随压力变化的二元函数,有效改善动态法弹性等效数值建模精度.