基于激发极化法的隧道超前地质预报三维正反演研究

隧道施工涌突水地质灾害常有发生,激发极化法对低阻体响应敏感,是探测含水体的有效方法之一,为解决隧道施工期含水体探测问题,将激发极化法引入隧道施工期水体探测中。然而,受隧道的空间环境与噪声特点影响,激发极化法探测装置、地电模型等应随隧道环境而改良。本文基于隧道环境建立三维地电模型,选用适宜的装置参数,采用有限差分法进行正演模拟,采用有限内存拟牛顿法进行反演模拟,依据两种物性参数结构耦合关系,引入交叉梯度约束电阻率和极化率的反演,提高反演精度。结合对典型致灾构造进行正演结果,分析视电阻率和视极化率的响应规律,并对理论模型合成数据进行反演,检验算法的可行性和有效性,为实际工程中含水体的超前探测奠定了基础。

基于滤波算法的隧道全时域激发极化超前探测正演方法

为进一步提高隧道全时域激发极化多参数超前探测的效果,采用滤波算法进行计算时间域等效电阻率,采用有限单元法进行计算,提出一种基于滤波算法的隧道全时域激发极化超前探测正演方法。该方法针对时间域Cole-Cole表达式计算收敛性差的问题,引入滤波算法进行时间域激发极化等效电阻率的计算,提高算法的收敛性;针对正演过程中大型矩阵求解影响计算效率的问题,引入OpenMP并行算法,实现隧道全时域激发极化超前探测正演的加速运算。最后,开展数值算例和物理模型试验。研究结果表明:该正演方法对异常体有敏感响应,且在加快正演速度具有显著优势。通过基于滤波算法的隧道全时域激发极化超前探测获得的观测数据与实际探测数据较为相符,这为基于全时域激发极化隧道超前探测提供了一种可行的正演算法。

激发极化法在隧道超前地质预报中的应用

激发极化法是国际上较先进的一种电法物探手段,在隧道超前地质预报领域应用较少。以德国GD公司最新开发的激发极化法测试系统Beam在某隧道中的应用为例,介绍用该方法进行掌子面前方超前地质预报的工作原理和工作过程,并结合实际开挖情况,与地质雷达和TSP的预报结果进行了对比。最后评价了Beam法的适用性,并对今后的工程应用提出了建议。

多同性源激发极化法超前预报仪的设计与实验

多同性源激发极化法的出现与应用,是激发极化法在方法的上的突破,但与之相适应的预报仪器是制约该方法的瓶颈。通过基于MSP430逆变、整流以及逆变整流控制模块实现4路可控输出,采用FPGA实现对电压、电流的4路同步采集与信号传输,设计量程自动切换模块与软硬件相结合的信号去噪方法,实现多同性源激发极化超前地质预报仪的设计;对设计预报仪的信号采集精度与运行稳定性进行室内定性与定量实验。结果表明,该仪器能够达到工程探测的准确性、实用性与可行性要求。

基于激发极化法的隧道含水地质构造超前探测研究

突(涌)水地质灾害是制约隧道等地下工程建设的瓶颈问题之一,隧道施工期含水地质构造的超前探测尤其是水量预测已经成为亟待研究和解决的重要工程科技难题。针对上述难题,提出以激发极化法等地球物理方法为先导的解决思路,研发隧道含水构造超前探测专用激发极化仪器。提出从视电阻率数据着手解决含水构造定位难题的思路和基于三维电阻率反演方法的隧道含水构造超前探测三维成像方法及其计算效率优化方案。解答隧道超前探测的基本问题(如三维全空间点源电场求解、三维测量观测方式、干扰识别与去除方法、反演目标区域等),利用反演算例验证断层、溶洞等含导水地质构造三维成像的有效性。针对含水体的水量预测难题,提出基于二电流激发极化半衰时之差法的隧道含水构造水量预测方法,通过物理模型试验发现半衰时之差与水量之间存在线性正相关关系,二者之间的这种单调线性正相关关系为解决实际工程中含水构造的水量预测难题奠定了基础。最终形成激发极化法隧道含水地质构造超前探测技术体系,并将该技术用于隧道地质预报实践中,预报结果与实际开挖情况基本一致。实际应用效果表明,激发极化超前预报技术可有效解决隧道施工期含水构造超前探测的定位难题,尤其可实现含水体水量的估算,拓展了超前地质预报工作的功能,具有良好的应用前景和推广价值。

隧道含水构造频域激发极化法超前探测研究

隧道前方含水构造的超前预报是地下工程领域中亟待解决的难题。基于频域激发极化法中频散率参数对水体响应敏感的特点,将其引入到隧道含水体超前探测研究工作中。从理论正演、物理模拟、解译方法等方面入手对频域激发极化超前预报技术进行了系统的研究。利用三维有限元数值模拟技术解决了隧道中频域激发极化超前探测的数值正演难题,并通过对典型含水体的正演研究得到了视频散率对含水构造的响应规律,发现视频散率曲线的极大值是表征掌子面前方含水构造存在的重要特征;基于大量数值正演的结论,提出了一种利用两次探测的视频散率曲线极大值联合判断含水构造位置的方法;物理模型试验和现场实际应用表明,频域激发极化法预报的含水体位置与实际情况基本一致,验证了该方法用于隧道含水构造超前探测的有效性,为解决隧道含水构造超前探测这一难题提供了可行的途径。

基于TST法的盾构隧道三维超前预报应用

受强干扰、管片衬砌和刀盘结构的影响,传统地震波法超前预报技术在盾构隧道内的使用存在局限性。为解决盾构施工隧道内开展三维地震波法超前预报施工困难及震源选用的难题,开展了基于TST(Tunnel Seismic Tomography)法的三维超前地质预报技术应用研究。采用了实验研究和案例研究的方法,开展了盾构隧道内三维观测系统设计研究和常用震源对比实验,并针对某过江通道工程盾构隧道内开展三维地震波法超前预报案例进行研究,对预报成果开展掘进参数和渣样的双重比对验证。研究表明:1)基于管片衬砌优化的三维阵列式观测系统,数据采集可与盾构施工并行开展,能节约2 h施工时间;2)盾构施工隧道内宜采用可控冲击震源,震源参数可采用重复频率1~25 Hz,冲击时长100 s;3)在某过江通道工程盾构施工隧道内成功开展了三维超前预报,提高了掘进机的施工效率和对地质条件的适应性,可对后续超前处置等施工环节提供积极的指导作用。

隧道断层破碎带三维综合超前预报应用研究

隧道内断层破碎带是一种致灾性极高的不良地质体,施工过程中对其精准探测一直都是隧道超前地质预报的重难点。为有效预防因断层破碎带引发的隧道坍塌、突水、涌泥等事故,提出了基于TGP法+瞬变电磁法+地质雷达法的三维综合探测方法,并用于实际隧道工程中,取得了良好的探测效果。结果表明:1)TGP法、瞬变电磁法及地质雷达法优化组合形成的综合超前预报方法,不仅能有效提高探测的准确性,还能获取更全面的地质信息;2)采用三维探测及可视化技术能更直观、准确地展示断层破碎带的发育规模、性质以及与隧道的空间关系,为隧道建设提供更形象的预报成果。

三维探地雷达技术在复杂岩溶隧道超前预报中的应用研究

文章通过总结在桂林某高速公路隧道施工中应用的三维探地雷达超前地质预报技术,并与超前水平钻孔和实际开挖结果进行对比验证,表明该技术可准确预报隧道掌子面正前方及侧前方岩溶溶洞的三维空间方位及大小。相较于二维地质雷达,该技术成像直观,无须贴靠探测目标,探测范围从二维剖面扩展为三维空间,提高了对岩溶等地质构造的探测精度,可为进一步的超前水平钻孔方位及角度设计以及岩溶处治设计施工提供直观可靠的依据。

三维地震波层析成像技术在隧道超前地质预报中的应用

超前地质预报是隧道施工中不可或缺的必要步骤,是降低施工过程地质灾害发生、减少灾害损失的重要手段.三维地震波层析成像技术是利用地震波反射原理,采用地震层析成像及全息岩土成像技术的新型超前地质预报技术,在国内应用较少.文中介绍了三维地震波层析成像技术的工作原理及方法,并结合工程地质类比法,对新建大瑞铁路尖山岭隧道进行了超前地质预报.研究结果表明,三维地震波层析成像技术对隧道超前地质预报效果良好,准确率达到90%.

地质雷达三维成像技术在隧道超前预报中的应用

隧道超前预报中,传统的二维成像技术应用普遍,但二维成像结果只能识别不良地质体,无法对其进行定位及定量判断。介绍了三维成像技术原理及数据采集方法,并通过在云南某隧道中的成功应用,证明了三维成像技术在实际操作过程中具有可操作性,探测结果直观可靠,可有效地对不良地质体进行定位及量化分析,可为隧道支护提供指导性的建议。

三维地震波法超前地质预报在引汉济渭工程TBM施工中的应用

秦岭隧洞横穿秦岭底部,工程地质条件极其复杂多变,具有大埋深、高应力、高水压、大流量的突出特点,修建过程将会遇到大塌方、岩爆、突涌水、大埋深条件下的软弱围岩大变形等多种特殊地质问题,准确预报施工前方的不良地质体,采取有效的防治对策,对保证工程的顺利实施及施工人员、设备的安全至关重要。TBM因其空间狭窄、设备仪器耐用性差、电磁干扰等因素限制,常规的超前地质预报方法无法适用于其施工段的地质预报工作,在引汉济渭工程隧洞工程中引入三维地震波法进行了两次探索与尝试。研究结果表明,三维地震波法对隧洞前方不良地质体预报预测有较好的正相关响应,是适用于TBM施工的超前地质预报的高效手段之一。该技术在引汉济渭工程秦岭隧道TBM岭北施工段掘进中预报了前方地质信息、动态评价围岩质量,尤其为K51+597.6位置TBM卡机脱困方案的制定及时准确地提供了前方地质情况,对TBM施工段的超前地质预报具一定参考价值。

TRT地震波三维成像技术在隧道施工地质超前预报中的应用

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学界所面临的一大技术难题。本文通过介绍TRT6000隧道地质超前预报系统的方法原理以及成功应用实例,说明TRT地震波三维成像技术在隧道超前地质预报中的先进性和有效性,探讨其在隧道超前探测中的应用前景。

一种三维隧道地质超前预报新方法的研究与应用

目前,各类隧道地质超前预报技术在隧道开挖过程中发挥着巨大作用,首先简要阐述了隧道地质超前预报发展概况及存在问题,然后基于自主研发的AGI-T3三维隧道地质超前预报系统,较详细地介绍了隧道地质超前预报三维观测系统设计方法;根据掌子面前方反射波信号特征(负速度),应用"F-K"二维速度滤波方法提高信噪比;基于地震波共反射面元(CRS)叠加和偏移成像原理实现隧道地质三维成像。最后通过数值模型和工程实例,分析验证了仪器信号采集和成像方法的正确性和实用性,为隧道的超前探测和预报工作开辟了一条全新、有效、简洁高效的途径。

富水断层破碎带隧道超前预报的地震波三维层析成像应用研究

富水断层破碎带的超前预报是隧道施工地质超前预报的重要内容之一,依托某在建隧道工程,通过现场测试试验,研究了地震波三维层析成像方法的应用技术,总结了现场测试的基本步骤、富水断层破碎带的地质解释判别特征,成果对于富水断层破碎带隧道超前预报具有参考意义。

TSP与瞬变电磁成果三维化在隧道断层含水预报中的应用

隧道开挖过程中经常遇到断层、节理发育密集带等地质异常段落,并且断层带易形成地下水的运移通道。提前查清此类地质问题,可以最大程度降低施工过程中的安全风险。隧道超前地质预报为前期勘察工作的延续,在施工期间通过物探、钻探等手段可以有效判释隧道开挖前方一定距离的地质情况。首次将TSP法与瞬变电磁成果三维化相结合,应用于某在建铁路隧道的超前预报工作中。根据前期勘察资料,结合TSP探测成果确定断层发育段落,然后在掌子面附近实施多角度瞬变电磁探测;基于Voxler软件实现瞬变电磁成果的三维化展示,通过三维成果判断断层的含水性,综合分析瞬变电磁低阻异常三维分布特征及TSP波速异常段落,圈定出断层破碎范围及富水性空间分布情况,并对富水区域提前进行钻探泄水。通过实际开挖验证分析,结果表明:2种方法相结合可以准确探测隧道开挖前方的围岩完整性及含水情况,有效降低施工风险,为隧道开挖方案优化提供有效资料。

三维地质模型应用于超前地质预报

目前超前地质预报方法与技术主要是采用地质综合分析方法和地球物理方法分析法,而三维地质模型应用于超前地质预报是一种创新的超前地质预报技术手段,包含了建模的理论基础和基本原理,更加体现出其三维的可视化特点,可实现数据的自动化、智能化处理,实现不良地质体等对象的全面立体化、可实时动态仿真,从而促进超前地质预报的准确性与可靠性、时效性,是超前地质预报的重要补充手段,具有可操作性和实用性,为防止隧洞施工时地质灾害的发生提供可靠的、可视化成果。

三维综合超前地质预报在某引水隧道中的应用

隧道工程中富水高压、断层等复杂地质条件下,超前地质预报具有不确定性和复杂性,某个单一(或单次)隧道超前地质预报探测由于与现场观测系统布设有关,很难准确把握不良地质体的大致范围与形态。某引水工程隧道斜井某桩号发生突泥涌水,在高压注浆管棚法与小导管注浆结合处理后仍掘进困难,需修改线路开挖绕行。接到探测任务后,采用了TGS反射波、反磁通瞬变电磁和地质雷达对原线路边墙和绕行线路掌子面进行了多方法综合探测,最终将边墙和绕行掌子面两次的TGS探测成果进行了三维综合成像且进行联合解译,三维解译成果直观,探测成果与后续验证钻孔资料对应,设计方最终根据探测到的不良地质体优化修改了绕行路线。此次预报为业主提供了准确的安全风险分析,优化了路线节约工程成本。

TBM施工隧洞综合超前地质预报及现场应用研究

不良地质的准确预测是深埋长大隧洞TBM安全高效施工的重要保障,文中针对TBM施工深埋长大隧洞不良地质探测难题,以新疆某引水隧洞项目为研究背景,依据三维地震波法和三维激发极化法探测技术原理,提出了相应的综合超前地质预报实施流程,成功实现了TBM隧洞掌子面前方不良地质的准确预测,并通过TBM隧洞51+052里程现场探测对实际开挖揭露情况进行了验证。研究成果为类似工程施工提供了参考。

浅析三维地震TRT法在TBM施工隧洞超前地质预报中的应用

伴随着经济建设的快速发展，我国已经成为世界上隧洞建设规模与难度最大的国家。据预测，未来10年内单在水利水电工程领域将有60多个重点水电工程和跨区域跨流域调水工程。在这些工程中需要修建数百条深长隧洞，隧洞建设面临新的困难与挑战。隧洞建设规模扩大并向西部山区转移，使隧洞长度与埋深都相应增加，并且跨区域的深长隧洞沿线地质情况复杂多变、施工安全风险增高。