瞬变电磁法指导复杂地质隧道超前水平钻探应用

云南山区地质条件复杂,隧道施工中经常发生突泥涌水等地质灾害。隧道超前地质预报是预防隧道施工地质灾害的重要手段。合理布置和实施超前水平钻孔,可以有效地揭示隧道掌子面前方的地质情况,预防重大突泥涌水地质灾害的发生。但对岩溶等不规则地质体,有限的1～2个超前水平钻孔不一定能揭示出这些地质体,给隧道施工造成重大安全风险。充分利用物探超前预报资料,特别是瞬变电磁法对突泥涌水等低阻地质体敏感的特性,指导超前水平钻孔的布置,对提高超前水平钻孔的预报效果有重要意义。本文以玉磨铁路扬武隧道为例,通过瞬变电磁法资料分析,指导超前水平钻孔布置,再与钻孔和施工开挖结果进行对比分析,说明瞬变电磁法预报和指导超前水平钻孔是有效的,并对今后瞬变电磁法结合超前水平钻孔进行隧道超前地质预报工作提出了建议。     

岩溶隧道超前地质预报综合预报技术的应用效果分析

复杂岩溶隧道在施工中存在突水、突泥、塌方、隧道变形等工程灾害风险;运营存在隧道变形、漏水等风险。预报掌子面前方地质情况,可降低地质灾害发生和危害程度,为正确选择开挖方法、支护措施,优化工程设计及施工方案提供地质依据。通过某复杂岩溶道采用地质调查、地震波反射法、地质雷达法、超前钻孔（含加深炮孔）等综合方法开展超前预报,较准确预报掌子面前方地质情况,对类似工程具有借鉴意义。     

隧道超前地质预报技术及应用

在隧道开挖过程中,对掌子面前方的地质条件进行比较准确的预报,可有效地防止工程事故、加快施工进度以及保证工程质量。本文对隧道超前地质预报的一些常用方法及其优缺点做了简要的介绍和比较,并以某高速公路隧道建设为例,介绍了地质雷达在超前地质预报过程中的应用情况,为地质雷达在公路隧道超前地质预报中的应用积累了一些经验。     

等值反磁通瞬变电磁在隧道超前地质预报中的解释方法研究与应用

瞬变电磁法具有对低阻体反应灵敏的特点,在探测隧道掌子面前方含水或充泥断层、破碎带等低阻不良地质体上具有独特的优势。这里首先简单介绍了等值反磁通瞬变电磁法的原理及特点,然后通过对隧道全空间域高低阻模型一维正演曲线响应特征、视电阻率及视纵向电导曲线的解释特点和效果进行较为全面地分析研究,提出并分析了视电阻率等值线图与视纵向电导断面图联合解释方法。最后通过两个应用案例,总结出等值反磁通瞬变电磁在隧道超前地质预报成果解释中的一些特点和规律。结论表明,等值反磁通瞬变电磁方法适用于隧道超前质预报工作,能够有效提高预报成果的精度及准确度。     

隧道施工地质超前预报资料收集方法

隧道施工地质超前预报是了解掌子面前方施工地质条件的最好方法，施工地质超前预报的关键是资料收集和处理，探讨了资料收集方法。     

超前地质预报在歌乐山隧道施工中的应用

隧道在施工中不可避免地会遇到诸如溶洞、突水、坍塌等常见的地质灾害,为了将地质灾害影响程度降到最低,施工前进行超前地质预报是十分必要的.详细介绍了TSP超前预测预报方法的原理,并以歌乐山隧道为例子,针对该隧道复杂的地质条件,施工过程中采用超前预测预报和红外线探测技术相结合,成功地预报了掌子面前方的地质信息以及隧道涌水情况,有效地指导了该隧道的安全施工.     

物探方法在圆梁山隧道超前地质预报中的应用

圆梁山隧道穿越由碳酸盐岩构成且地质情况十分复杂的毛坝向斜。应用物探方法, 进行了超前地质预报的研究。结果表明:在灰岩地区深埋长大隧道做物探超前地质预报, 最好先开展可控源音频大地电磁法勘探, 查明各种构造、岩溶发育区、油汽囊等的位置、形状、规模和埋深, 对地质情况有一个半定量认识, 然后在开挖的掌子面附近开展负视速度地震反射波法, 精确预报掌子面前方的不良地质。     

地质雷达在公路隧道超前地质预报中的应用

在公路隧道施工中,由于勘察设计的局限性和隧道围岩地质条件的复杂多变性,施工人员对隧道掌子面前方的不良地质情况往往了解不清,致使隧道掘进过程中局部地段经常出现塌方、涌水等地质灾害,导致人身伤亡,工期延误,造成巨大的经济损失。因此,在公路隧道施工中进行超前地质预报就显得十分重要。本文以崇- 遵高速公路夏家庙隧道掘进超前地质预报为例,介绍了地质雷达方法在溶洞等不良地质灾害预报中的应用。      

隧道超前地质精确预报

采用探地雷达进行隧道掌子面前方的地质超前预报,并配以孔内探头进行探测,在发现掌子面前方有异常结构面或异常体时对异常体进行准确定位,使预报的精度大大提高。文章还介绍雷达进行超前地质预报探测的现场工作方法,重点介绍孔内雷达的解释方法。     

Beam超前地质预报技术在铜锣山隧道中的应用

Beam是一种新型的电法超前预报技术,目前在国内应用很少。文章首先介绍了Beam超前地质预报方法的工作原理,然后结合Beam在国内垫邻高速公路铜锣山隧道施工中的首次应用,对该方法的具体工作过程和预报结果进行了介绍。与地质雷达、TSP预报结果以及实际开挖情况进行对比表明,Beam对掌子面前方水体具有良好的探测效果。最后对Beam在国内的推广应用提出了建议。     

隧道瞬变电磁克希霍夫偏移成像与地质灾害探测

隧道绿色施工不仅需要预报工作面前方突水突泥等低阻异常,更需要查明灾害体的地质构造,为灾害预警与防治提供保障。传统的瞬变电磁解释方法仅能够提供单一电阻率信息不能满足隧道地质灾害治理要求。因此,将虚拟波场成像技术引入到瞬变电磁隧道探测技术中,期望实现灾害体电性与结构综合解释。首先,根据波场变换原理将瞬变电磁数据转换到虚拟波场;然后,利用电阻率成像算法计算工作面前方电阻率建立虚拟波场速度模型,利用波动方程克希霍夫积分解进行波场延拓实现瞬变电磁虚拟波场偏移成像;最后,综合电阻率与偏移成像结果对工作面前方地质体进行解释,判断地质灾害体的电性与构造特征。分别采用充水溶洞、充水断层两类常见灾害模型对算法进行验证。充水断层模型电阻率成像结果可以识别工作面前方低阻异常,但是异常分布范围略有增加,且不易判断倾斜角度;而偏移成像结果有效地识别异常的边界位置且对应准确,更易容判断异常倾斜方向。充水溶洞模型电阻率成像结果可识别溶洞的低阻异常与位置,但是异常形态与实际模型略有偏差;偏移成像结果圈定了模型的前后边界且与模型吻合较好。实测数据偏移成像结果有效圈定了低阻异常位置与裂隙形态,预测结果与已知出水孔情况相符。理论模型与实测数据结果表明,虚拟波场克希霍夫偏移成像结果既包含地质灾害体的电阻率分布,又能识别灾害体电性分界面,为地质灾害预警与防治提供了丰富的地质信息。      

TST技术在岩溶地区隧道超前预报中的应用

顶效隧道位于岩溶发育地区,地质构造复杂,岩体破碎,对超前预报技术的要求高,风险较大。目前国内外应用的隧道超前预报技术多数都存在着技术缺陷,不能区分不同方向的地震回波,不能准确地确定掌子面前方围岩的波速,不能正确地进行纵横波分离等问题,影响到预报的可靠性和准确性。为了确保施工安全,减少和避免地质灾害发生,顶效隧道超前预报中采用了TST技术。应用结果表明,TST技术采用空间阵列系统和速度扫描技术有效地解决了掌子面前方围岩速度分布问题,提高了构造定位精度;应用二维方向滤波技术有效地消除了上下、左右的侧向回波和面波干扰,成功提取了前方回波用于超前预报,避免了虚报误报,解决了复杂地质条件下的超前预报问题。     

传统瞬变电磁法的改进及其在隧道超前地质预报中的应用

为保证施工人员和设备的安全,在隧道开挖过程中需要掌握掌子面前方含水不良地质体的发育情况。较为常用的探测含水不良地质体的物探方法为传统瞬变电磁法。由于以往没有重视探测装置与地质体间的耦合关系,传统瞬变电磁法沿单一测线进行数据采集的方式只能从单一角度发射磁场从而获得单一角度的探测结果,因此一直存在预报不准、漏报等问题。为了克服上述问题,提高预报的准确性,文章对传统瞬变电磁法进行了改进。基于探测装置与地质体间的良-强耦合关系,提出了一种能从水平和竖直方向进行多角度探测的共轴偶极法,通过转动探测装置从多个角度发射磁场,使单一角度无法探测的地质体也能与磁场达到良-强耦合效果,从而降低预报不准、漏报的可能性。共轴偶极法具有多个角度的探测结果,多个结果相互印证,具有比传统方法更高的准确性。在九绵高速公路天池隧道里程为YK223+135—YK223+035段内进行传统方法和共轴偶极法预报,开挖验证表明共轴偶极法对含水节理裂隙和岩溶裂隙等含水不良地质体的预报准确性比传统方法高,可为类似隧道超前地质预报工作提供一定参考。     

岩溶地区隧道施工综合预报技术案例分析

由于岩溶地区隧道地质条件的复杂性,在隧道施工过程中实施准确及时的隧道综合地质超前预报是非常有必要的,并且对隧道内不同段落进行风险评价和风险分级,以实现和提高对岩溶隧道不良地质灾害的综合预报。此次研究以伊家岩隧道为工程背景,通过严格实施该综合超前地质预报方案,成功预报了隧道掌子面前方的岩溶,结合预报结果和实际揭露的对比分析,其综合预报准确率可到90%以上,证实了该综合预报方法具有较高的系统性和工作效率,有效地指导了隧道的安全施工,为同类工程提供了技术资料和经验。     

煤矿反射槽波探测技术研究评述

反射槽波可用于单条巷道内探测巷道两侧和掘进前方一定区域内的断层等异常地质构造。目前该项技术已在我国多数矿井开展过探测试验和工程应用,对采掘危险区治理、工作面布置和采掘方案设计等生产环节起到了重要的指导作用。阐述了反射槽波的处理方法和原理,比较了面对巷道的侧帮和掘进前方2种不同探测区域时,反射槽波数据和处理方法的异同之处,着重对反射槽波的叠加成像、偏移成像以及掘进工作面超前成像3类成像方法的技术原理、适用条件和研究进展进行了梳理和分析,总结了反射槽波在巷道侧帮与掘进前方断层、采空区以及陷落柱探测方面的典型案例。在此基础上提出进一步提高探测能力的改进方向：研究适用于槽波频散性的反褶积方法,有效压缩反射槽波并依据频散速度准确偏移归位,提高成像分辨率;通过极化处理求出槽波的偏振方向,从而减少“画弧”现象;借鉴束偏移技术,选取特定方向的槽波参与成像,提高成像信噪比;研究影响反射槽波信号强弱的地质条件和采集条件,在不增加震源能量的条件下有效增强反射槽波;研制新型震源,提高反射槽波探测应用的安全性和适用性。对反射槽波未来的应用方向进行展望,以期促进反射槽波探测技术发展,为煤矿安全高效开采提供保障。     

基于剪切破坏的深长隧道掌子面隔水岩层安全厚度的研究

突水是复杂地质区域隧道修建时常见的地质灾害。掌子面前方隔水岩层是阻止突水发生的重要安全屏障。本文主要对隧道前方隔水层临界安全厚度的确定方法进行研究。首先基于Mohr-Coulomb破坏准则构建了隔水岩层剪切破坏力学分析模型并得到相应的隔水岩层安全厚度的计算公式;其次,对于深埋隧道,构造应力场对水平应力影响更明显,通过理论分析以及安全性角度分析,发现利用竖向应力计算法向应力更合理;然后,考虑隧道开挖对初始地应力的影响,对上述模型做了进一步的改进;最后,结合跃龙门隧道工程突水灾害的特点,利用区间非概率可靠性以及概率分析两种方法对隔水岩层厚度进行分析,并与现场实测结果进行对比验证。工程案例应用结果表明本文所提出的计算模型是有效的。本文的研究成果既是对现有的临界隔水岩层厚度的知识体系进行补充和完善,也可为后续的风险评估、风险对策的制定提供辅助信息。     

地质雷达超前预测不良地质体图像的智能识别

采用GPR地质雷达进行隧道超前地质预报,当掌子面前方存在溶洞时,地质雷达时间剖面常出现双曲线特征图形。针对这一比较成熟的先验知识,提出采用神经网络模式识别方法自动识别地质雷达图像中的双曲线,以此实现智能预测掌子面前方溶洞这一不良地质体。结果表明,这一方法是可行的。      

TSP在公路隧道超前地质预报中的应用研究

根据TSP技术的特点,将TSP技术应用于掌子面前方不良地质对象的预报工作中,同时比较了基于地质雷达和基于TSP的预报结果。水平地质钻探与现场开挖的实际情况表明,基于TSP技术的隧道超前预报,在预报距离,预报的准确性,以及对围岩的判别等方面,均明显优于传统的地质雷达。文章最后还指出了该技术存在的一些待进一步研究的问题。     

如何提高TSP203系统在应用中的准确性

为了减少地质灾害对隧道施工的影响,采用TSP203超前地质预报系统对隧道掌子面前方进行探测,提供超前地质预报,为后续施工提供指导。但是,在实际应用中出现了很多误报、漏报或者准确性太低的情况,这些问题往往是由于数据采集和数据处理中的不足带来的。通过规范的数据采集和合理的数据处理,可以减少这些不足的不良影响,从而提高TSP203系统在超前地质预报应用中的准确性。