超前地質(zhì)預(yù)報和半航空物探（半航空瞬變電磁法）在隧道工程施工的運用

超前地質(zhì)預(yù)報（地質(zhì)雷達法）和半航空物探（半航空瞬變電磁法）在隧道工程施工的運用摘要：復(fù)雜的地質(zhì)條件和地質(zhì)災(zāi)害是隧道施工中的難題，發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害將造成巨大的生命和財產(chǎn)損失。因此，可靠地探測地質(zhì)缺陷特征，如斷層、巖溶洞穴和地下水，具有重要的現(xiàn)實意義和理論價值。本文介紹了超前地質(zhì)預(yù)報（地質(zhì)雷達法）和半航空物探（半航空瞬變電磁法）在隧道工程施工的運用。引言在中國，許多大型項目正在進行中水利、水利等建設(shè)水電站、鐵路、公路、能源儲存和運輸系統(tǒng)，以及地下礦山。這些項目為我們提供了一個重要的機會地球工程的進展。然而，嚴重的由于環(huán)境復(fù)雜，也存在挑戰(zhàn)地質(zhì)條件和潛在地質(zhì)災(zāi)害在隧道施工過程中，造成了巨大的生命損失還有財產(chǎn)。因此，改進地質(zhì)缺陷的探測能力是非常重要的，例如探測斷層、溶洞和地下水涌出。中國在建隧道具有長度長、體積大的特點覆蓋層和復(fù)雜的地質(zhì)條件。例如，宜昌至萬州鐵路建在山區(qū)，以高風(fēng)險巖溶程度高的突水危險。該地區(qū)已發(fā)現(xiàn)嚴重的突水危險馬鹿青隧道和沿途的野三關(guān)隧道宜昌至萬州鐵路發(fā)生嚴重傷亡事故經(jīng)濟損失。在水電工程領(lǐng)域，北京錦屏二級水電站副洞四川省有2375米深和17.5公里深長覆蓋層使隧道埋在下面極高的地應(yīng)力。1.隧道工程施工的探測技術(shù)1.現(xiàn)有的探測技術(shù)在這下面在這種情況下，隧道的施工可以受到潛在巖爆的影響通過釋放地應(yīng)力，尤其是在不良地質(zhì)條件，如斷層、軟弱巖石特征和地下水。地質(zhì)災(zāi)害防治研究在隧道施工過程中已經(jīng)成為一個重要的問題中國的問題，包括相關(guān)機制治療技術(shù)和探測技術(shù)。地質(zhì)缺陷特征的探測在危險控制中起著重要作用本文提出。目前，探測地質(zhì)災(zāi)害的方法危險源可分為兩類：地質(zhì)調(diào)查和地球物理勘探。地質(zhì)調(diào)查包括工程地質(zhì)分析、先導(dǎo)開挖和巖心鉆探，同時地球物理勘探包括地震電磁和地質(zhì)雷達方法。每種方法它有自己的優(yōu)點和缺點。2、隧道工程施工探測的難點可靠探測的挑戰(zhàn)性問題包括：（1）故障的識別和定位，裂縫、溶洞和地下水體（如地下河）；（2）含水層探測；（3）探測的解釋結(jié)果在多種解釋的背景下物探成果及優(yōu)化探測方法的選擇。對于前兩個問題，評估TSP的地質(zhì)異常是通過改進衛(wèi)星的識別和定位技術(shù)地質(zhì)缺陷。地質(zhì)雷達信號響應(yīng)含水構(gòu)造與TEM三維層析成像為解決識別問題而研究含水結(jié)構(gòu)。天峨至北海公路、滬蓉西公路、錦屏二級水電站火車站和膠州灣海底隧道，這些案子研究表明，地質(zhì)異?？梢猿晒z測，而且具有良好的精度和穩(wěn)定性效率。3、本文介紹的隧道工程施工探測方法在本文中，我們提出了利用超前地質(zhì)預(yù)報（地質(zhì)雷達法（GPR））對含水構(gòu)造的信號響應(yīng)用于理論推導(dǎo)。以及瞬態(tài)的三維層析成像利用電磁法（TEM）建立了等效電導(dǎo)法?；趩蝹€探測技術(shù)，通過分析各種探測方法的優(yōu)缺點，我們開發(fā)了一個可靠探測地質(zhì)缺陷特征的技術(shù)系統(tǒng)。詳細介紹了該系統(tǒng)的應(yīng)用過程。航空地球物理測量使我們能夠在大面積且難以到達的區(qū)域內(nèi)闡明三維地下結(jié)構(gòu)。因此，它們最近被用于調(diào)查大規(guī)模滑坡和獨木舟，以及礦物和碳氫化合物勘探。本文介紹了利用半航空物探（半航空瞬變電磁法）對隧道設(shè)計和施工進行地質(zhì)評估。使用接地電偶極子源和磁測量進行了航空電磁測量，以描繪隧道施工現(xiàn)場更深部分的電阻率和磁化結(jié)構(gòu)。對于探測而言，探測方法的選擇是一項重要且具有挑戰(zhàn)性的工作。我們將超前地質(zhì)預(yù)報（地質(zhì)雷達法（GPR））和半航空物探（半航空瞬變電磁法）應(yīng)用于中國的幾個重要項目，包括天（峨）巴（馬）高速公路、滬蓉西公路、錦屏二級水電站和膠州灣海底隧道。案例研究表明地質(zhì)缺陷特征的檢測具有較高的精度和效率，該探測系統(tǒng)已被證明是有效的是降低隧道施工地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險的有效手段。二、超前地質(zhì)預(yù)報（地質(zhì)雷達法（GPR））在隧道工程施工的運用1、地質(zhì)分析方法地質(zhì)分析是一種長期探測方法。工作面前方的地質(zhì)條件如下：通過分析地質(zhì)數(shù)據(jù)探測，地質(zhì)使用理論記錄結(jié)果，并在隧道中繪制草圖地貌學(xué)、地層學(xué)和構(gòu)造地質(zhì)學(xué)。探測工作可以在任何時候完成，而且不會發(fā)生影響正常施工。然而，它只是能夠隧道周圍不良地質(zhì)條件探測大體上和宏觀上。地質(zhì)分析是一種長期探測方法。工作面前方的地質(zhì)條件如下：通過分析地質(zhì)數(shù)據(jù)探測，地質(zhì)使用理論記錄結(jié)果，并在隧道中繪制草圖地貌學(xué)、地層學(xué)和構(gòu)造地質(zhì)學(xué)。探測工作可以在任何時候完成，而且不會發(fā)生影響正常施工。然而，它只是能夠隧道周圍不良地質(zhì)條件探測大體上和宏觀上。任何時候完成，而且不會發(fā)生影響正常施工。然而，它只任何時候完成，而且不會發(fā)生影響正常施工。然而，它只任何時候完成，而且不會發(fā)生影響正常施工。然而，它只任何時候完成而且不會發(fā)生影響正常施工。然而，它只1.利用地質(zhì)雷達識別地質(zhì)異常地震法利用地震波的反射特性彈性波，因此，它的應(yīng)用范圍很廣，但其前瞻性成果落后于現(xiàn)場應(yīng)用。對于這種方法具有各種典型的響應(yīng)特性，斷層和斷裂帶可以根據(jù)以下觀察結(jié)果確定：1.垂直反射波的速度增加輕微地2.深度偏移從強偏移開始消極的反思，以強烈的積極情緒結(jié)束反思，雖然有許多無組織的積極以及反射帶中的負反射層；3.垂直和水平方向的速度反射波減少。研究發(fā)現(xiàn)，含水層地質(zhì)構(gòu)造可根據(jù)以下證據(jù)進行檢測：在二維層析成像圖中水平反射波減小，而垂直反射波減小垂直反射波略有減小或增大；垂直反射波的速度比對于水平反射波和泊松分布巖體比突然增大；密度和巖體的楊氏模量大大降低。（結(jié)論：該預(yù)報區(qū)段圍巖主要為中風(fēng)化灰?guī)r，巖質(zhì)較堅硬，巖體較破碎，節(jié)理裂隙較發(fā)育，其中掌子面前方6?18m區(qū)段可能發(fā)育有溶洞或溶蝕裂隙，巖體富水性一般；圍巖自穩(wěn)能力較差）

1&MM幾砂丄応卩些汕I41&MM幾砂丄応卩些汕I4苗.妙札曲剖常黑并岡:;上粵.磁址珈他.谿細皿本雜也1泌癡畀盤刪田靑:肘涇尸Upfe?jfe、嚴能心娜/如譽/EJ和剛*細t?紐加瓠沁■::滸*1■s吐啦蟬血比泌號￡與；［冷.iiK.f4.器洱譏卑筱血16利％.弋其迤遂L.器誓魏 '孑2：/■? 21!也冊―.藥鯽_?￡i/i_JTHJ舐 I3ln專E畑■■,X|E1-VW.-■ffl.?汁土-Ir/fi曲尖f10Jtl（結(jié)合潛孔鉆記錄基本與地質(zhì)雷達法吻合）三、半航空物探（半航空瞬變電磁法）在隧道工程施工的運用半航空物探（半航空瞬變電磁法）是瞬變電磁勘探的一種，其基本原理是利用接地線源向地下發(fā)射一次脈沖電磁場，在一次脈沖電磁場間歇期間利用線圈觀測地下介質(zhì)中引起的二次感應(yīng)渦流場，從而探測介質(zhì)電阻率的一種方法。與傳統(tǒng)的地面瞬變電磁法相比，半航空物探（半航空瞬變電磁法）主要有兩點不同：（1） 發(fā)射源形式不同：是指采用接地長導(dǎo)線向地下發(fā)射電流場，而不是采用閉合回線向地下發(fā)射一次磁場。在形式上，這種發(fā)射源與可控源音頻大地電磁的發(fā)射源類似，但是發(fā)射的波形仍然是回線源瞬變電磁的雙極性矩形波，同時，收發(fā)距也不像可控源音頻大地電磁要求的那么大，因為瞬變電磁是在關(guān)斷之后采集的，理論上不存在一次場的干擾問題。（2） 接收單元不同：是指接收線圈使用無人機機載，在空中接收，數(shù)據(jù)連續(xù)采集，并且受飛行速度、線圈姿態(tài)的影響，而不像地面瞬變電磁一樣在某一點進行采集和疊加之后再移動到下一點。簡言之，半航空瞬變電磁可以認為是采用CSAMT形式的源發(fā)射瞬變電磁的雙極性矩形波，采用無人機機載接收線圈在空中采集磁場對時間一階導(dǎo)數(shù)的電磁勘探方法。CSAMT（左）、地面TEM（中）、半航空TEM（右）示意圖半航空物探（半航空瞬變電磁法）在隧道工程施工運用的具體案例分析，勘察區(qū)主要由白堊質(zhì)沉積巖組成，沉積巖中侵入蛇紋巖脈。這些調(diào)查覆蓋了隧道現(xiàn)場及其周圍，以估計沉積巖和蛇紋巖的分布。深部剖面的電阻率結(jié)構(gòu)和磁化異常分布描繪了蛇紋巖類型及其分布，這有助于了解隧道開挖時潛在的巖土問題。本次調(diào)查的結(jié)果總結(jié)如下：（1）當(dāng)將2DERP和CSMT地面地球物理勘探的電阻率結(jié)構(gòu)結(jié)果與GREATEM勘測獲得的結(jié)果進行比較時，這三個結(jié)果顯示出相似的特征，表明隧道場地的電阻率在較淺部分較高，而在較深部分較低。1.HMS顯示的高磁異常帶與地質(zhì)邏輯圖上顯示的蛇紋巖區(qū)域幾乎相同。（3）本研究獲得的電阻率結(jié)構(gòu)確定了兩種蛇紋巖的分布。為了安全有效地進行隧道施工設(shè)計，在預(yù)對比調(diào)查中檢測蛇紋石類型的分布非常重要。（4）調(diào)查和HMS的結(jié)合為有效解釋提供了有用的信息。GREATEM測量確定的深部電阻率結(jié)構(gòu)和HMS確定的磁異常分布對于獲取基礎(chǔ)數(shù)據(jù)以預(yù)測隧道開挖時潛在的巖土問題是有效的。四、一個全面的隧道工程施工中地質(zhì)災(zāi)害探測系統(tǒng)（1） 應(yīng)采用不同的探測方法有效探測地質(zhì)災(zāi)害使每種方法的優(yōu)點都可以并且可以避免其缺點。（2） 地質(zhì)災(zāi)害源探測應(yīng)分為不同的階段，以及風(fēng)險每個階段的水平是根據(jù)距離確定的隧道工作面與地質(zhì)危險源。（3）探測方法的優(yōu)化，當(dāng)隧道工作面接近地質(zhì)災(zāi)害源，準(zhǔn)確使用地質(zhì)雷達探測震源位置方法或瞬變電磁法。在里面此外，可以進行巖芯鉆探或先導(dǎo)開挖執(zhí)行此操作以確認傳感器的準(zhǔn)確位置地質(zhì)災(zāi)害源。從該探測方法可與隧道施工期間的觀測，以改善探測準(zhǔn)確性。總結(jié)：本文研究了超前地質(zhì)預(yù)報（地質(zhì)雷達法（GPR））和半航空物探（半航空瞬變電磁法）在隧道工程施工的運用，得出如下結(jié)果：（1） 天氣預(yù)報的綜合系統(tǒng)隧道施工中的地質(zhì)災(zāi)害源是開發(fā)出來的。有了這個系統(tǒng)，探測是正確的使用不同的地質(zhì)和地球物理方法。利用每種方法的優(yōu)點，而缺點是可以避免的。（2） 該系統(tǒng)的特點是強調(diào)關(guān)于地質(zhì)分析。源位置地質(zhì)災(zāi)害是探測的關(guān)鍵。作為這些案例研究表明，該系統(tǒng)是一種有效的方法探測地質(zhì)災(zāi)害源的方法。（3） 斷層和裂縫的存在可能會導(dǎo)致結(jié)合地震和雷達方法進行探測。地下水的存在可以通過以下方法探測：結(jié)合雷達和瞬變電磁法。（4） 這一綜合方法的應(yīng)用探測系統(tǒng)需要專業(yè)的經(jīng)驗