瞬变电磁法在隧道超前探测中台车干扰校正技术研究

利用瞬变电磁法隧道超前探测掌子面前方水害时,为消除施工台车的影响,研究台车与线框不同位置的瞬变电磁响应曲线特征及规律,获取了干扰校正系数及拟合曲线,结果表明,随着台车与线框间距的不断增大,台车的干扰逐渐变小,当二者间距大于30 m时,响应曲线特征趋于一致,这一结论解决了隧道中采用瞬变电磁探测水害时,施工台车信号无法去除的难题,提高了隧道瞬变电磁超前水害探测数据的可靠性。现场试验表明,通过干扰校正后的瞬变电磁成果,对水害的判读更准确,获取的水害地层信息更真实。     

基于ANSYS的瞬变电磁法数值模拟

在隧道中进行瞬变电磁法探测时,二次感应场还受到掌子面后方围岩的影响,使得隧道全空间瞬变电磁场正、反演比大地半空间更困难。论文利用有限元分析软件ANSYS对在隧道中进行瞬变电磁超前地质预报时瞬变电磁场进行了数值模拟计算,并将计算结果与物理模拟结果进行比较,表明了利用该法在隧道中进行瞬变电磁超前地质预报正演计算的可行性。     

浅层等值反磁通瞬变电磁在煤窑采空区中的应用

铁路勘察设计中,查明煤窑采空区的分布对铁路设计以及后期运营具有重要意义。基于等值反磁通原理的瞬变电磁法是一种探测地下二次场的新方法。该方法通过将接收线圈至于反磁通平面,消除其暂态过程,接收纯净地下二次场。为此,从等值反磁通瞬变电磁法原理出发,立足于在实际铁路工程勘探中的应用,利用煤窑采空区与周围完整岩体的瞬变电磁法反演相对视电阻率的差异,在新建铁路渝昆线昭通车站的地球物理勘探中,准确探明采空区位置。通过与同测线地质资料对比,展示其良好的浅层勘探效果。     

基于CT成像技术的隧道断层超前预报

扎营山隧道是"水盘线"的关键工程,节理发育,地质构造复杂,岩体破碎。施工中为减少和避免地质灾害发生采用了CT成像技术对隧道断层进行了超前预报。CT利用地震波走时资料反演地质体内部结构和反演吸收系数分布。探测结果表明隧道CT技术采用空间观测系统有效地提高了速度分析精度和构造定位精度,成功地解决了隧道断层的超前预报问题,并被后期的隧道开挖所证实。     

专家系统在瞬变电磁反演中的应用

通过教．值模拟计算得到隧道前方富水溶洞和含水断层的瞬变电磁响应,以正演计算模型参数及响应为专家样本,以VB为开发工具,开发出数据库反演专家系统。以Matlab为开发平台,编程建立了神经网络专家系统。将LSSVM函数加载到Matlab中,编程实现了LSSVM专家系统。3种专家系统在实际工程中的应用表明：瞬变电磁法探测隧道前方含水异常体地电结构时,采用专家系统进行反演,反演精度是能够满足工程需要的。     

三维转角瞬变电磁超前地质预报探测技术在隧道中的应用

介绍了三维瞬变电磁预报探测技术的工作原理、转角探测方式及三维探测的反演计算,并将该方法用于某铁路杨柳隧道富水段的探测。应用结果表明:1)三维瞬变电磁作为一种超前地质预报方法,可解决隧道穿越岩溶、富水构造、断层破碎带等不良地质体的施工围岩预报难题; 2)三维转转角探测对隧道开挖轮廓线以外的异常体能有效探测,减少了平移探测隧道支护钢架背景场干扰,提高了探测的安全性; 3)提供三维异常体的“定量”空间展示成果和为隧道安全施工提供数据支撑; 4)该方法适用于富水隧道的地下水“定量”超前地质预报探测。     

瞬变电磁烟圈反演及层状模型反演在隧道建设探测效果中的对比

针对隧道超前预报瞬变电磁法2种快速反演解译方法(烟圈反演及层状模型反演),从反演理论及实际应用效果对二者进行了对比分析。结果表明:1)烟圈反演盲区较大,等值线存在交叉现象,对小异常分辨较好,适用于任何地层结构;2)层状模型法反演盲区较小,浅部分辨率较好,等值线平滑程度高,易淹没小异常,适用于层状均一地层结构。     

岩溶隧道超前地质预报几种主要物探方法的选择与实践

超前地质预报的物探方法有多种,由于岩溶发育空间分布的复杂性和岩溶含水介质充填物的多样性,单一的超前地质预报方法都具有局限性,如何针对岩溶的地球物理特征,选择适用的地质预报物探方法,以提高预报成果的准确度非常必要。通过对TSP法、地质雷达法、瞬变电磁法等超前地质预报主要物探方法工作原理、有效探测距离和地球物理特征等进行分析,论述岩溶隧道超前地质预报方法的理论依据和方法选择。以九景衢铁路何家隧道为例,详细论述施工过程中采用的几种主要超前地质预报方法以及组合方法,通过对比分析,验证和总结几种主要物探方法预报成果的适用性和准确度。实践成果表明： 1）单一的超前地质预报方法都具有局限性,难以应对岩溶隧道的复杂地质条件和施工高风险,需采取“三结合”措施,选取不同的超前预报方法作为组合方法,相互验证。2）TSP法未能对是岩溶还是断层破碎带进行区分,必须结合其他方法,进行对比验证才能区分; TSP法+地质雷达法长短结合探测方法,是一般简单岩溶隧道通用的组合。3）瞬变电磁法在岩溶隧道探测中效果明显,判译解释准确度高,适合大型岩溶强发育地段; 超前水平钻+瞬变电磁法+地质雷达法+水文监测地质预报组合,是复杂岩溶隧道超前地质预报可采用的有效组合。叠加超前水平钻与瞬变电磁剖面图进行分析,能详细分析出岩溶的空间分布和形态特征。     

τ-p变换在隧道地震超前探测中的应用及适应性分析

TETSP-2隧道地震超前探测系统利用三分量检波器接收地震信号,迫切需要将数据中的纵横波信息分离。文章由隧道内线性观测系统的反射纵横波时距曲线进行推导,并基于Taylor理论分析τ-p变换在隧道地震超前探测中的物理意义和可行性,给出τ-p变换截距和慢度与反射界面倾角的关系,模拟简单条件下二维隧道空间内的地震全波场,分析不同波场的反射特征,比较不同倾角情况下反射纵横波在τ-p变换域中的特征及差异。结果表明: 不同倾角反射纵横波的视速度不同,随着倾角逐渐变小,视速度变大。τ-p变换能够利用视速度差异进行波场分离,在隧道前方低速带倾角较大时(40°以上),分离效果较好;在倾角较小时,时距曲线的一阶Taylor展开式具有较大误差,分离效果变差。     

瞬变电磁法对隧道含水不良地质体的探测规律

瞬变电磁法是一种对水体较为敏感的预报方法,为探索瞬变电磁法对探测隧道含水不良地质体的探测规律,通过现场大量瞬变电磁法探测实例,总结其对涌水通道、含水溶洞、含水裂隙的反应规律,以及后方低阻体对探测的干扰影响.结果表明,当探测前方存在含水通道时,视电阻率等值线会在其含水通道所在区域明显降低,且呈条带状分布,条带宽度与管道分...     

岩溶隧道瞬变电磁三维超前探测技术研究

针对岩溶发育地区隧道开挖时现有地质预报技术对岩溶突水较难做出准确预测的问题,设计出大断面三维多匝小回线瞬变电磁探测技术。依据岩溶发育特点,采用数值模拟方法对隧道掌子面前方25 m和50 m处不同体积富水溶洞进行模拟,研究掌子面前方不同距离和规模的低阻异常体瞬变电磁响应特征。基于数值模拟结果,在张吉怀铁路古丈隧道岩溶发育段进行探测验证,结果表明： 1）溶洞模型在二维视电阻率等值线断面图上25 m和50 m处形成闭合、视电阻值小于60 Ω·m的低阻区,低阻区与设计的模拟体的位置和范围一致; 2）大断面三维多匝小回线瞬变电磁探测三维显示结果与现场实际揭露情况基本吻合,采用该技术能够准确预报掌子面前方17~30 m、隧道两侧20 m到隧道中轴线的充泥含水溶洞。     

瞬变电磁法三维可视化技术在隧道超前探测水害中的应用研究

随着我国隧道技术的进步,长大隧道的施工非常普遍,复杂的地质情况及水害的频发已成为长大隧道施工中影响安全的难题。现有瞬变电磁超前探测技术主要反映隧道掘进正前方的地质情况,无法对掌子面前方周围的信息进行反馈,故已很难满足施工现场的安全要求。以汕昆高速公路某隧道掌子面超前探测为例,对三维可视化技术进行介绍。该技术通过定点转角度布置测点的方式获取多个二维数据,并将二维数据反演后的深度数据组合成三维数据体,且通过三维可视化软件成图来实现含水体位置及形态的立体呈现。     

基于瞬变电磁仪的公路隧道施工超前地质预报

本文应用瞬变电磁仪对贵州省水盘高速大营脚隧道进行超前地质探测,准确预报其岩溶、富水地质段,并结合隧道内掌子面地质观察,对隧道初期支护参数提出修正建议,确保了隧道的安全施工。     

瞬变电磁仪在隧道断层赋水探测中的应用研究

瞬变电磁法属时间域电磁感应方法,文中以贵州省六威高速玉舍隧道洞身中部断层为依托点,开展瞬变电磁仪在隧道断层赋水探测中的应用研究,介绍了瞬变电磁仪的探测原理及瞬变电磁仪在探测隧道断层赋水情况的方法及实际探测应用。结果显示,瞬变电磁仪探测结果与隧道开挖揭示地层对比基本一致。     

几种初至自动拾取算法在地震波法隧道超前探测中的对比分析

在地震勘探中,尤其在浅层地震勘探、层析成像和地震波法超前探测中初至时间拾取精度直接影响勘探区域地质结构的反演结果，初至时间的自动拾取也是隧道超前地质预报地震数据处理的一个关键环节。介绍4种初至自动拾取算法--最大振幅法、能量比法、STA/LTA（长短时窗比）法和AIC（峰度赤池信息量准则）法，利用云南某隧道超前地质预报采集到的1组地震数据，对4种初至自动拾取算法进行对比分析，结果显示SLA/LTA算法拾取的初至时间更为精确，AIC法、能量比法次之。进一步利用其他隧道超前地质预报采集到的几组数据进行对比分析，获得相同结论。     

瞬变电磁法在公路隧道地下水预报中的应用

针对某高速公路隧道掌子面临近富水断层F4-3的地质背景，为探明掌子面前方地下水发育情况，利用瞬变电磁法开展超前地质预报工作。通过多测线、多方位的探测方式，综合分析各方位测线的探测结果，预报掌子面前方地下水的发育段落及空间分布情况。预报结果表明： 1）YK90+755~ +811段地下水发育； 2）YK90+755~+811段富水部位主要位于开挖方向的左右两侧。最后通过超前钻孔验证，瞬变电磁探测富水区域和超前水平钻孔探测出水位置基本一致，较准确地预测了地下水的发育段落。实际开挖后富水情况与瞬变电磁预报富水段落及地下水空间分布基本吻合，取得了较好的预报效果。     

CFC复频电导法与TEM瞬变电磁法在某隧道中的应用对比

CFC复频电导法与TEM瞬变电磁法是我国目前较为先进的隧道超前探水技术。以CFC与TEM在我国某铁路隧道中的应用为例,简述CFC与TEM的方法原理,并结合开挖实际情况进行对比。试验对比表明,CFC探水技术抗干扰能力更强,探水预报结果更为准确,特别是在电磁环境复杂的隧道。     

复杂环境大断面隧道施工超前地质预报技术与工程应用

针对复杂环境和大断面山岭隧道施工,提出采用地震散射波场和瞬变电磁波场进行超前地质综合探测的技术关键点和现场工作流程,在利用正演数值模拟验证相关解译技术的基础上,通过多源信息融合技术获取超前预报成果,从而为复杂环境的大断面山岭隧道施工安全提供科学依据和可靠保证。     

三维电法超前探水技术应用

在简述隧道及巷道掘进前方岩层含水性的超前探测技术及其应用研究现状基础上,分析了瞬变电磁法及直流电法超前探测的优点和不足,重点阐述了三维电法超前探测的原理和三维电阻率层析成像技术,结合实例阐明了该技术的数据采集、数据处理、资料解释、成果分析的过程,揭示了该技术具有受周边环境干扰小、超前探测距离远、能够进行纵向和横向的任意切片、立体显示岩层含水性等特点,得出了该技术具有很强实用性、有效性和推广应用价值的结论。     

基于分段单孔反演的隧址区多断层地应力分布特征

目前，针对具有多个原位地应力测试钻孔的隧址区初始地应力场反演，往往一次性将全部实测值用以计算值的回归反分析，没有考虑到隧道纵向长度远超其他方向且钻孔分布较远的特点，单个钻孔表征的临近区域地应力分布特征或反演精度被其余钻孔实测值“拉低”，导致整体反演结果容易陷入局部优解。依托拉林铁路桑珠岭隧道、叙毕铁路斑竹林隧道、沿江高速火山隧道、木寨岭公路隧道等工程，采用多元线性回归法结合最小二乘法寻优准则，分析了隧址区仅有单个钻孔反演精度较高的原因，提出了对具有多个钻孔的隧址区分段并分别进行单钻孔回归反演的新方法。在此基础上，重点讨论了木寨岭公路隧道断层破碎带区域地应力分布特征。结果表明：分段单孔反演较多孔反演进一步提高了反演精度；地应力的分布在断层前后呈现出先急剧增大后急剧减小的特征；除自重应力与埋深存在一定关联外，两项水平主应力随断层间距或厚度的增大突变性加剧；断层之间间距、断层倾角、断层厚度均是影响地应力方向偏转大小的重要因素，断层之间间距或断层倾角越小、断层越厚，地应力方向偏转越显著。