瞬变电磁法指导复杂地质隧道超前水平钻探应用

doi:10.11720/wtyht.2018.1051

瞬变电磁法指导复杂地质隧道超前水平钻探应用

舒森¹, 王树栋¹, 李广², 吕志强¹, 曹强¹

1. 中铁二院工程集团有限责任公司, 四川成都 610031

2. 滇南铁路建设指挥部,云南玉溪 653100

The application of TEM to guiding advance exploration drilling of complex geological tunnel

SHU Sen¹, WANG Shu-Dong¹, LI Guang², LV Zhi-Qiang¹, CAO Qiang¹

1. China Railway Eryuan Engineering Group Co., Ltd., Chengdu 610031, China

2. Headquarters of South Yunnan Railway Construction, Kunming Bureau of Railway, Yuxi 653100, China

收稿日期: 2018-01-29 修回日期: 2018-07-4 网络出版日期: 2018-12-05

Received: 2018-01-29 Revised: 2018-07-4 Online: 2018-12-05

作者简介 About authors

舒森(1984-),男,工程师,工学学士,研究方向为地质超前预报、监控量测评估及动态隧道围岩分级评估设计。Email:shusen44@163.com 。

摘要

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。

关键词： 瞬变电磁法 ; 隧道超前地质预报 ; 突水突泥 ; 超前水平钻孔

Abstract

Geological conditions in Yunnan mountainous area are complex, and geological hazards such as water and mud inrush often occur in tunnel construction. Tunnel geological prediction is an important way to prevent geological disasters in tunnel construction. The rational layout and implementation of advance exploration drilling can effectively reveal the geological conditions in front of the tunnel face and prevent the occurrence of geological disasters. Nevertheless, for the irregular geological bodies such as karst, the limited 1~2 advance exploration drilling holes sometimes fail to reveal these geological bodies and cause major safety risks to the tunnel construction. It is of great significance to make full use of the advanced geophysical prediction data, especially the TEM which can guide the layout of the advance exploration drilling holes and have the great significance for improving the prediction effect. In this paper, taking the Yangwu tunnel of Yumo railway as an example and based on the analysis of TEM, the authors successfully guided the advance exploration drilling layout, and then compared the results with the drilling and construction excavation results. It is shown that the TEM is effective in predicting and guiding the advance exploration drilling. Some suggestions are given concerning the employment of TME combined with advanced horizontal drilling in the future.

Keywords： TEM ; tunnel geological prediction ; water and mud inrush ; advance exploration drilling

PDF (3096KB) 元数据多维度评价相关文章导出 EndNote| Ris| Bibtex 收藏本文

本文引用格式

舒森, 王树栋, 李广, 吕志强, 曹强. 瞬变电磁法指导复杂地质隧道超前水平钻探应用. 物探与化探[J], 2018, 42(6): 1311-1316 doi:10.11720/wtyht.2018.1051

SHU Sen, WANG Shu-Dong, LI Guang, LV Zhi-Qiang, CAO Qiang. The application of TEM to guiding advance exploration drilling of complex geological tunnel. Geophysical and Geochemical Exploration[J], 2018, 42(6): 1311-1316 doi:10.11720/wtyht.2018.1051

0 前言

云南省新建铁路玉磨线扬武隧道地处扬子亚板块,傍行于杨武—青龙厂大断裂,洞身断裂、褶皱发育。板岩、砂岩受构造影响岩体极破碎,地下水发育,稳定性差,施工过程中发生多次涌、突泥(石、砂),极大影响隧道安全建设。

超前地质预报是判断突涌风险,指导超前支护措施施工,预防突水突泥的重要环节。扬武隧道施工过程中,利用TSP法和电磁波反射法虽然能够判断围岩的薄弱段落,但难以直观判断围岩含水状态,而且复杂地段的突水涌砂表现出滞后性和无规律性,而钻探仅为一孔之见,有时反而造成误导,对富水地质体的探测及突涌风险评价较差。为提高钻探针对性及有效性,根据瞬变电磁法对地下水等低阻地质体敏感特点,指导钻探的优化实施,并通过综合超前预报判断突涌风险程度。

1 玉磨铁路隧道富水条件与预报特点

玉磨铁路翻越磨盘、哀牢和无量山,横跨元江—红河、阿墨江、把边江和澜沧江—湄公河,沿线地层为中生界红色砂泥岩地层,古生界、前震旦系古老的结晶岩系、哀牢山变质岩系,局部分布有侵入岩体等。地处扬子亚板块、印支亚板块、滇缅泰亚板块,地跨扬子亚板块之康滇古隆起、印支亚板块兰坪—思茅拗陷与哀牢山褶皱带、滇缅泰亚板块保山褶皱带,沿线地质构造极为复杂。沿线各种岩性、构造及地下水环境的不同组合形成了特点各异的富水地质条件,具备富水条件的隧道段落应着重关注,也是综合预报重点分析的依据,结合工程实践将富水条件归纳为下列6项(表1)。

表1 玉磨铁路隧道周边地层富水条件

地层岩性及构造	地下水类型	特点
断裂、褶皱	构造裂隙水	地下水沿断裂及褶皱带分布,发育于张性断裂、储水褶皱与隧道掘进交汇带
灰岩、白云岩等可溶岩	岩溶水	岩溶发育于地下水面附近,处于水平循环带、水平与垂直交替作用的循环贷及季节变动带,形成的大型富水暗河或溶洞
可溶岩与非可溶岩接触带	岩溶裂隙水基岩裂隙水	在可溶岩及非可溶岩变化接触位置,由于可溶性及风化程度的差异性,形成岩溶或裂隙水通道
侵入岩蚀变	基岩裂隙水	在侵入过程中,热液作用使原岩产生新的物理化学条件,原岩的结构、构造以及成分相应发生改变,导致的围岩物理性质差,差异风化后形成裂隙通道
火成岩差异风化	基岩裂隙水	花岗岩差异风化或玄武岩夹凝灰岩差异风化,致围岩物理性质差,形成裂隙通道
相对储水层与隔水层	基岩裂隙水	如砂岩与泥岩,灰岩与板岩等地层形成的相对储水与隔水层,接触位置形成裂隙通道

新窗口打开| 下载CSV

各超前预报方法各具长处,根据复杂隧道地质条件及富水地质灾害特点,合理搭配方法开展综合地预报。结合工程实践经验,将玉磨线主要超前预报方法特点归纳见表2^{[1,2,3,4,5,6,7,8]}。

表2 隧道预报技术特点一览

方法	探测特点	优点	缺点
地震波反射法	岩层物理性质,结构面变化	对层面异常探测效果较好	不能准确判断空间方位
电磁波反射法	岩层物理性质、结构面变化	对在测线范围内层面异常较好	不能准确判断空间方位
超前钻探	岩性及地下水	直观、可分析岩性及含水量	一孔之见,探测范围受限
地质调查	岩层地质变化	围岩趋势性推测	围岩突变或变化频繁时效果差
瞬变电磁法	岩层含水区域、方向及变化趋势	判断含水体方向及变化趋势	易受干扰,存在盲区,不能定量

新窗口打开| 下载CSV

2 瞬变电磁法原理

瞬变电磁法是一种时间域的电磁探测方法。介质在一次电流脉冲场激励下产生涡流, 在脉冲间断期间涡流不会立即消失,在周围空间形成随时间衰减的二次磁场。二次磁场随时间衰减的规律主要取决于异常体的导电性、体积规模和埋深,以及发射电流的形态和频率。通过接收线圈测量的二次场空间分布形态, 了解异常体的空间分布。

在隧道内这个全空间环境下,不同于地面的半空间情况,采用的是基于全空间条件下的理论和方法,即等效导电平面法。如图1所示,设在贴近隧道掌子面处有一直立圆形回线,R为回线半径,σ为围岩电导率。在回线中供以阶跃脉冲电流I(t),并在t=0时刻断开电源:

(1)

I (t) = \{\begin{array}{l} I, t < 0; \\ 0, t \geq 0 。 \end{array}

图1

新窗口打开| 下载原图ZIP| 生成PPT

图1 等效导电平面法示意

在t≥0时,掌子面前方产生涡旋电流,在电流断开之前,在回线周围的大地和空间中建立起一个稳定的电磁场,在掌子面任一点观测产生的电磁场,根据电磁理论,可用一近似于无限大的导电平面S来代替掌子面前方均匀介质,在S平面L 处,置一个虚源代替导电平面板中的涡流,然后用镜像法求出空间任一点的感应电磁场。源线圈在掌子面上一点产生的矢势分量S_φ(即异常场),可由

(2)

S_{φ} = f {(z + \frac{2 t}{μ_{0} σ})}_{z = 2 L} = f (2 L + \frac{2 t}{μ_{0} σ})

表达。式中,L为线圈中心到导电平面的距离,μ₀为真空中的磁导率。随t 的增减,等效导电平面A 便以速度 $\frac{1}{μ_{0} σ}$ 前后“浮动”。当t 增大时,它“前浮”,当t 减小时,它又逐渐“后浮”。这样便可以用一块随时间t 的变化而“前后浮动”的“载流”导电平面来近似代替掌子面前方的均匀介质,从而方便地求出掌子面上任一点的异常场^[9,10,11]。

3 扬武隧道工程案例

3.1 工程概况

扬武隧道长约14 km,位于石屏—建水断裂和扬武—青龙厂大断裂间,部分段落与扬武—青龙厂大断裂傍行,洞身穿越5条断层、1条向斜、1条背斜,地质情况极其复杂。洞身D1K58+000~D1K60+760段穿越黑山头组(Pt₁hs)板岩夹砂岩。施工过程中揭示围岩软弱、破碎,易发生无明显先兆的涌突地下灾害,所以必须提前对前方的突涌风险进行判断,采取针对性的超前支护措施避免突涌发生。而突涌判断的重要依据就是超前钻探揭示水量,但该段地下水分布极度不均且出水明显滞后,造成部分超前钻探出水情况与开挖揭示的出水位置及水量存在较大差异,实践中较难提前准确判断突涌风险程度。

图2

新窗口打开| 下载原图ZIP| 生成PPT

图2 扬武隧道纵断面示意

因此,需要更有效的物探方式指导超前钻探。地震波与电磁波反射法难以直接指导对地下水位置的探测,所以在复杂风险段落开展瞬变电磁法探测,并在预报低阻异常区域的基础上结合不同探测位置及方向的异常分布形态,指导超前钻探重点探测方位,提高钻探针对性及有效性。

3.2 工作方法

工作采用YCS2000A瞬变电磁仪,该设备为中心回线组合装置,采用线圈发射磁探头接收,激发线圈为边长2 m的正方形线圈,激发频率2.5 Hz,等效接收面积450 m²。

测线布置、探测方向及起始角度考虑了隧道钢拱架等影响。先将作业台车移至距掌子面20 m外,然后在D1K58+668掌子面1、2处各布置3条扇形测线,测线布置参数及方式见表3和图3。

表3 测线布置参数

测线	线圈中心位置	A1/(°)	测点数	A2/(°)
1	距左边墙3.6 m	0	9	15
2	距左边墙3.6 m	+45	9	15
3	距左边墙3.6 m	-45	9	15
4	距左边墙7.6 m	0	9	15
5	距左边墙7.6 m	+45	9	15
6	距左边墙7.6 m	-45	9	15

注:A1为探测方向与水平面夹角;A2为测点间夹角

新窗口打开| 下载CSV

图3

新窗口打开| 下载原图ZIP| 生成PPT

图3 测线布置示意

3.3 成果分析

采用YCS-2000矿用瞬变电磁仪数据处理软件,先后经过数据整理、干扰数据剔除、电感校正、曲线偏移、滤波、视电阻率计算、视深度计算、坐标转换、绘图等9项处理步骤,得到测线1~6的视电阻率等值线(图4~图9)。

图4

新窗口打开| 下载原图ZIP| 生成PPT

图4 测线1探测结果

图5

新窗口打开| 下载原图ZIP| 生成PPT

图5 测线2探测结果

图6

新窗口打开| 下载原图ZIP| 生成PPT

图6 测线3探测结果

图7

新窗口打开| 下载原图ZIP| 生成PPT

图7 测线4探测结果

图8

新窗口打开| 下载原图ZIP| 生成PPT

图8 测线5探测结果

图9

新窗口打开| 下载原图ZIP| 生成PPT

图9 测线6探测结果

据图分析,掌子面前方25~60 m为低阻区域,结合探测时掌子面岩性为板岩夹砂岩,岩质较软,节理发育,岩体破碎,局部存在线状裂隙水等情况判断D1K58+693~+728段围岩破碎~局部极破碎,节理裂隙发育~很发育,含水~局部弱富水,存在较多软弱夹层,溜塌风险较大,D1K58+688~+718段存在局部突涌风险。

3.4 D1K58+690~+720段综合预报

TSP法在D1K58+680完成探测,判断D1K58+696~+730段存在较多软弱夹层,裂隙水上升;探地雷达法在D1K58+694.2完成探测,判断D1K58+705~+724.2段存在较大溜塌风险,软弱处裂隙水增大后存在局部突涌风险。最后结合瞬变电磁法D1K58+688~+718段存在明显低阻异常及突涌可能性的分析,将原设计1个孔的超前钻探调整为在D1K58+690布置4个超前钻孔探测前方地下水发育情况。综合物探及钻探法成果(表4)分析,认为扬武隧道D1K58+690~+720段为围岩破碎~局部极破碎,节理裂隙发育~很发育,存在较多软弱夹层,含水~局部弱富水,围岩自稳能力差,全段溜塌风险大,软弱处存在突涌风险。D1K58+690~+720段设计围岩级别为Ⅳ级,预报围岩级别为Ⅴ级。

表4 综合超前地质预报方法结论

方法	里程段落	预报结论
TSP法	D1K58+690~+756	围岩破碎~极破碎,节理裂隙发育~很发育,岩质软,渗水~含水,其中 D1K58+696~+704,D1K58+709~+730段存在软弱夹层或裂隙,局部裂隙水量上升
探地雷达法	D1K58+694.2~+724.2	围岩破碎~局部极破碎,节理裂隙发育~很发育,渗水~含水,局部裂隙水量增大,存在较多软弱夹层, D1K58+705~+724.2段存在较大溜塌风险,软弱处裂隙水增大后存在局部突涌风险
瞬变电磁法	D1K58+693~+728	围岩破碎~局部极破碎,节理裂隙发育~很发育,含水~局部弱富水,存在较多软弱夹层,溜塌风险较大,D1K58+688~+718段存在局部突涌风险
钻探法	D1K58+690~+720	围岩破碎,1#~3#钻孔(图10)无明显异常无水,4#钻孔水量0.76 L/s(4#孔位于掌子面右侧)

新窗口打开| 下载CSV

3.5 D1K58+695优化钻探措施

开挖至D1K58+695时,虽然物探资料均显示D1K58+695~+720段围岩破碎~极破碎,存在裂隙水上升的趋势,存在突涌风险,但仅4号孔出水量较小,发生突涌可能性较低。为进一步分析前方突涌可能性,在D1K58+695掌子面增加2个钻孔(1'#、2'#)进行验证,根据瞬变电磁法1号点3条测线异常明显强于2号,结合掌子面实际情况,选择掌子面左部围岩较差位置优先进行钻探验证,两次钻探工作共布置6个钻孔,孔位布置见图10,参数见表5。

表5 钻孔参数

孔号	孔深/m	立角/(°)	偏角/(°)
1#	30	0	10
2#	30	10	20
3#	30	15	20
4#	30	10	20
1'#	30	15	10
2'#	30	0	0

新窗口打开| 下载CSV

图10

新窗口打开| 下载原图ZIP| 生成PPT

图10 钻孔布置示意

增加的1'#孔钻进至D1K58+716附近时,钻孔出现较大压力涌水,水量50 L/s。通过1'#孔钻确认了存在富水体,明确判断前方地层地下水分布不均且存在突涌风险。此次准确提前预报富水段落,为下一步施工措施的制定提供了可靠依据。

4 结论

1) 超前钻探一孔之见的缺点在复杂地质超前预报中尤为突出,不应从钻孔是否出水简单判断地质灾害风险。

2) 瞬变电磁法对含水地质体的探测有效,分析其方位可指导钻孔位置及角度的选择,动态优化钻探实施方案,可提高预报准确度。

3) 判断复杂地质条件下隧道是否存在突涌风险,应分析富水地质条件,并结合所有超前预报成果进行综合分析,当存在较大不确定性时,应根据既有成果优化钻探方案,提高钻探针对性及有效性。

4) 预报方法各具特点,对复杂地质含水体的判断存在差异。总结预报与揭示对比经验,高效运用各种预报成果,动态优化预报方案才能提高超前预报预判突涌的准确性。

The authors have declared that no competing interests exist.

作者已声明无竞争性利益关系。

参考文献

原文顺序

文献年度倒序

文中引用次数倒序

被引期刊影响因子

[1]

赵前进

玉磨铁路隧道工程地质特征及地质风险分析

[J].铁道勘察, 2017(4):42-45.

URL [本文引用: 1]

玉磨铁路为泛亚铁路中通道的重要组成部分,沿线山高谷深,工程地质特征复杂,地质构造背景活跃,隧道地质风险突出。通过对全线工程地质特征的系统梳理,对地质风险进行分类总结,提出规避措施的方向和建议,实现对隧道安全风险及工期风险的有效控制。

[2]

李坚, 杨英 .

玄武岩隧道综合地质勘探经验及问题探讨

[J].铁道工程学报, 2010(10):1-7.

DOI:10.3969/j.issn.1006-2106.2010.10.001 URL [本文引用: 1]

研究目的：以大理至丽江铁路禾洛山隧道为例,针对玄武岩差异风化特殊的工程地质性质,对综合地质勘探技术,特别是综合物探技术进行研究,目的是评价该隧道的整体工程地质条件、预测地质风险并指导隧道施工。研究结论：（1）根据物探资料,综合异常形态、视电阻率值及其梯度值大小,可以对低阻异常进行分类。（2）Ⅴ、Ⅳ和Ⅲ类物探异常分别对应Ⅴ级围岩、Ⅳ级围岩和Ⅲ级围岩;但是,开挖资料表明,仅依据物探资料难以区分Ⅳ级和Ⅴ级围岩,存在混判两种围岩级别的问题。（3）由于玄武岩的特殊工程地质条件,必须进行综合地质勘探,特别是进行物探,才能比较客观地评价隧道的工程地质条件,正确地指导施工。

[3]

吴治生, 张杰 .

岩溶隧道风险影响因素及评估

[J].铁道工程学报, 2011(10):90-96.

DOI:10.3969/j.issn.1006-2106.2011.10.017 URL [本文引用: 1]

研究目的:岩溶隧道突发性、灾难性的地质灾害近年来接连不断,不仅国家财产损失、工期延误、环境破坏,还造成重大的人身伤亡事故。究其原因,是对岩溶隧道的风险认识不足,采取措施不力。本文意通过对陆地越岭岩溶隧道风险因素的研究,评估其风险程度,划分地质风险等级,为隧道施工方案的确定奠定扎实的基础。研究结论:通过岩溶隧道风险成因的分析,找出内在因素、外在条件以及工程技术条件对隧道风险的影响程度,删除某些重叠因素。通过研究认识到促使岩溶和岩溶水发育的地层岩性和地质构造是岩溶隧道风险的内在因素,占据风险的主导地位;外在条件及工程技术条件处于辅助地位。据此制订了评分的基本标准和方法,采用计分方式,划分隧道风险等级。同时指出,只要内在因素存在,岩溶隧道就具有高风险的可能。高度风险—极高风险岩溶隧道宜规避。无法规避时,应改变传统观念,将岩溶隧道地质风险降低到可控的程度。

[4]

舒森

岩溶隧道突水突泥预报综合评估

[J]. 铁道标准设计, 2015,59(4):72-77.

DOI:10.13238/j.issn.1004-2954.2015.04.019 URL [本文引用: 1]

基于层次分析法建立岩溶隧道突水突泥预报综合评估的模型,分析发生突水突泥的地质因素、综合预报方法及预报解译因素,通过对它们之间联系的剖析,研究各项预报解译因素在评估突水突泥中的影响权值,根据不同预报解译因素的评价,结合其在整个评估体系的影响权值,得到被评估段落的突水突泥的综合评估结论。研究表明,基于层次分析法的评估可以灵活系统的根据综合预报的各项解译因素,综合评估岩溶段落突水突泥发生的可能性,可灵活应用于动态实时综合预报评估。

[5]

舒森, 胡金星 .

隧道岩溶空间探测

[J]. 地下空间与工程学报, 2016,12(5):1350-1363.

Magsci [本文引用: 1]

地下隧道岩溶发育空间不均匀性造成岩溶地质灾害极不确定且难以准确探查，岩溶空间信息的探测是隧道超前地质预报最大难题。在综合地质预报中引入三维数据处理技术以获取岩溶异常三维信息，根据三维信息制定专项钻探动态设计方案。通过钻探定向与边界变化逐步确定岩溶异常相对隧道空间的位置及规模，即获得岩溶空间信息。通过岩溶隧道工程实例，应用三维数据处理技术前后预报和钻探设计方案对比，应用三维技术并结合专项设计钻探方案的综合预报，可以完成岩溶空间信息的探查，在工作效率及目标确认准确度上较一般方式有质的提高。加强三维空间探测应用研究建立科学合理的隧道岩溶空间综合预报管理体系，根据岩溶空间信息动态制定施工支护措施能有效预防隧道岩溶地质灾害发生。

[6]

舒森, 王树栋 .

隧道综合超前地质预报方法及应用

[J].铁道勘察, 2010(4):80-83.

DOI:10.3969/j.issn.1672-7479.2010.04.023 URL [本文引用: 1]

在以往的隧道超前地质预报工作中,一般是采用单一的超前地质预报方法,预报隧道工作面前方的地质信息.通过实践知道,仅仅依靠单一预报方法提供的信息是有局限性的.很多隧道中地质结构复杂,地质灾害频发,单一方法不能提供全面的预报信息,可能造成地质危害的报和误报.为了解决单一方法不全面的问题,根据预报对象的地质特点,采用两种或两种以上有效的预报手段进行预报,结论相互印证,提供更为全面的地质预报信息,这就是综合超前地质预报.实例使用了几种超前地质预报方法进行探测,通过预报结论和实际开挖对比分析,通过预报结论和地质信息之间的对比,得到最佳预报结论.

[7]

舒森

如何提高TSP203系统在应用中的准确性

[J]. 物探与化探, 2011,35(5):710-715.

URL Magsci [本文引用: 1]

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、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。

[8]

舒森, 王光权, 王亮 .

TSP203超前地质预报系统在岩溶地区隧道中的应用

[J]. 工程地球物理学报, 2009,6(10):588-591.

DOI:10.3969/j.issn.1672-7940.2009.05.012 URL [本文引用: 1]

现代工程等级在不断提高,隧道地质环境越来越复杂,隧道越来越长,隧道地质超前预报在隧道的开挖中的作用更加凸显,如何选择有效的预报措施对隧道开挖中人员、设备的安全和隧道的支护具有重要的意义.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100m 左右围岩地质体的性质,位置和规模,并可推算出岩石物理力学参数,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.目前,在国内外得到了良好的应用.本文将主要结合新建铁路昆明至河口线玉溪至蒙自段超前预报实例探讨TSP203 隧道地质超前预报系统在岩溶地区隧道中的勘探理论和应用.

[9]

苏茂鑫, 李术才, 薛翊国 , 等.

隧道掌子面前方低阻夹层的瞬变电磁探测研究

[J]. 岩石力学与工程学报, 2010,29(s1):2645-2650.

DOI: URL Magsci [本文引用: 1]

实践表明，隧道掌子面前方含水、充泥等不良地质体对隧道施工构成潜在的危险和障碍，严重影响隧道施工速度。由于瞬变电磁法对低阻体反应灵敏，在进行瞬变电磁隧道超前地质预报时，这些含水、充泥等不良地质体通常又可以近似当成一种低阻夹层来处理，因此，利用瞬变电磁法对掌子面前方低阻夹层的探测研究就显得很有意义。采用建立在全空间理论上的瞬变电磁等效导电平面法，利用遗传算法进行计算，并结合视纵向电导及其微分成像对隧道掌子面前方低阻夹层展开相应的正演模拟及应用研究，重点讨论视纵向电导微分成像的电性界面响应特点及其与视电阻率断面等值线联合解释方法，总结出相应的结论和规律，以此来指导瞬变电磁法在隧道内的超前地质预报工作，不断提高瞬变电磁探测的精度及准确度。

[10]

刘宗辉, 黄文斌, 黄俊评 , 等.

隧道空间内金属体对瞬变电磁法探测结果影响研究

[J]. 现代隧道技术, 2016,53(4):116-123.

DOI:10.13807/j.cnki.mtt.2016.04.017 URL Magsci [本文引用: 1]

文章采用现场探测试验与室内物理模拟试验相结合的方法，研究了隧道空间内开挖台车与钢拱架等金属体对瞬变电磁法探测结果的影响规律。试验结果表明：隧道掌子面后方开挖台车与钢拱架等金属体均对瞬变电磁法探测结果有干扰，且随着金属体与探测线框距离的增大，其干扰系数呈指数减小，物理模拟与现场试验所反映的规律基本吻合。金属体干扰系数与隧道探测目标信号强度有关，在隧道掌子面后方金属体位置不变的情况下，掌子面前方低阻异常响应值越大，后方金属体干扰系数越小。现场采用瞬变电磁法进行隧道地质超前预报时，为减少金属体的干扰，应将开挖台车撤离掌子面至少 30 m，同时探测线框距边墙至少 1 m。

[11]

薛国强, 李貅 .

瞬变电磁隧道超前预报成像技术

[J]. 地球物理学报, 2008,51(3):894-900.

DOI: Magsci [本文引用: 1]

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.

玉磨铁路隧道工程地质特征及地质风险分析

... 各超前预报方法各具长处,根据复杂隧道地质条件及富水地质灾害特点,合理搭配方法开展综合地预报.结合工程实践经验,将玉磨线主要超前预报方法特点归纳见表2^{[1,2,3,4,5,6,7,8]}. ...

玄武岩隧道综合地质勘探经验及问题探讨

岩溶隧道风险影响因素及评估

岩溶隧道突水突泥预报综合评估

2015

隧道岩溶空间探测

2016

隧道综合超前地质预报方法及应用

如何提高TSP203系统在应用中的准确性

2011

TSP203超前地质预报系统在岩溶地区隧道中的应用

2009

隧道掌子面前方低阻夹层的瞬变电磁探测研究

2010

... 表达.式中,L为线圈中心到导电平面的距离,μ₀为真空中的磁导率.随t 的增减,等效导电平面A 便以速度

\frac{1}{μ_{0} σ}

前后“浮动”.当t 增大时,它“前浮”,当t 减小时,它又逐渐“后浮”.这样便可以用一块随时间t 的变化而“前后浮动”的“载流”导电平面来近似代替掌子面前方的均匀介质,从而方便地求出掌子面上任一点的异常场^[9,10,11]. ...

隧道空间内金属体对瞬变电磁法探测结果影响研究

2016

... 表达.式中,L为线圈中心到导电平面的距离,μ₀为真空中的磁导率.随t 的增减,等效导电平面A 便以速度

\frac{1}{μ_{0} σ}

瞬变电磁隧道超前预报成像技术

2008

... 表达.式中,L为线圈中心到导电平面的距离,μ₀为真空中的磁导率.随t 的增减,等效导电平面A 便以速度

\frac{1}{μ_{0} σ}

〈

〉