基于共轴偶极装置的瞬变电磁超前地质预报方法与应用

针对隧道小回线瞬变电磁超前探测互感严重的问题,本文提出共轴偶极的瞬变电磁装置方法进行隧道超前地质预报。首先,对该装置的施工方法和原理进行了阐述,并采用三维有限元正演方法,建立了全空间隧道不良地水体病害模型,计算了掌子面前方测量时中心点的感应电动势和视电阻率,计算结果与所建模型的反映一致,说明该方法的可行性。接着,通过对比共轴偶极装置瞬变电磁法与TSP法、地质雷达法在超前地质预报的应用效果,以及用实际开挖揭示情况对共轴偶极瞬变法探测效果进行验证。结果表明:共轴偶极瞬变电磁法在隧道超前地质预报中具有一定的优势,可减小多匝线圈的互感效应,应用效果和其他两种结果基本一致,可进一步在铁路隧道超前地质预报中进行推广应用。

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。