反射波法隧道超前地质预报地震波走时模拟研究

隧道施工安全常常由于复杂的地质情况面临着巨大的挑战,反射波法地震勘探具有探测深度大、抗干扰能力强等优点,是确保隧道施工安全的重要超前地质预报手段。反射地震波走时计算与地震数据处理中的纵横波分离、速度建模、偏移成像等多个步骤息息相关,直接影响着隧道地质预报的结果。本文将仿照反射波法隧道超前地质预报的实际施工区域进行速度建模,以求解程函方程为基础,结合快速推进法(FMM)中的迎风有限差分方法以及窄带扩展技术实现针对隧道模型的初至地震波走时模拟。并通过对隧道模型中反射界面位置信息的提取,构建反射波初始窄带以及结合窄带扩展技术实现针对隧道模型反射波走时的计算。通过数值分析以及复杂隧道模型计算表明,文中给出的反射波法隧道超前地质预报地震波走时模拟具有良好的计算精度以及较强的适应能力。

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。

复杂地质条件下地质雷达在隧道超前地质预报中的应用

随着隧道工程建设的不断发展,错综复杂的隧道地质构造对生产安全构成了重大危害。因此,采用先进的隧道地质雷达技术,如使用简单、扫描速度快、图像直观、高分辨率和遮蔽效果好等,可以有效地预报隧道的地质构造情况,从而有效地避免不良地质构造对隧道开挖的影响。

瞬变电磁法在隧道超前地质预报中的有效性分析

瞬变电磁法作为一种有效的地质勘探方法,具有原理简单、分辨率高、探测深度大等特点,在隧道超前地质预报中具有广泛的应用价值。探讨了隧道超前地质预报的重要性,并分析瞬变电磁法在隧道施工中的实际应用及影响因素,以期为提高隧道施工安全水平提供参考。对隧道超前地质预报的重要性和瞬变电磁法的原理、技术特点及应用进行深入探讨。隧道施工中地质灾害的影响重大,而超前地质预报对于防范地质灾害、保障施工安全具有重要意义。实际应用表明,瞬变电磁法在隧道超前地质预报中具有较高的准确性和实用性。

隧道超前预报GPR正演模拟与应用研究

穿越长距离、大埋深、地质条件复杂的隧道工程在开挖过程中易发生涌水、突泥和塌方等地质灾害问题,为确保隧道施工安全有序进行,采用一种分辨率高、抗干扰能力强、高效直观的探地雷达GPR及其正演模拟技术对掌子面前方不良地质体进行超前预报。为提高对探地雷达探测不良地质体图像特征的解译,采用时域有限差分法FDTD模拟充水、充泥和充气溶洞模型,充水和充泥的软弱夹层模型,裂隙破碎带及断层模型下的GPR电磁波响应特征,并建立超前地质预报GPR正演模拟特征图库,为实际雷达探测图像解译提供理论基础。以常德市炉慈高速公路维新镇2号隧道和郴州市良回镇花岭公路隧道探测为例,结合后期开挖结果,验证了该技术可准确预测掌子面前方溶洞、富水、软弱夹层发育、裂隙和断层等不良地质体。

隧道超前地质预报检波器耦合介质理论及试验研究

隧道超前地质预报是隧道施工中的重要部分,其准确性影响着隧道施工安全。为提高隧道超前地质预报的准确性,对隧道超前地质探测中检波器耦合介质开展针对性研究具有重要意义。本文通过对隧道检波器耦合结构开展理论建模,探讨了耦合介质在检波器与围岩耦合过程中发挥的作用。在此基础上,选用工业黄油、石蜡、石膏、环氧树脂以及黏质土5种耦合介质进行了现场耦合试验。最后,根据理论建模结果采用数值模拟手段对不同耦合介质的耦合过程进行了分析,并就介质厚度对耦合效果的影响进行了探讨。结果表明:材料的耦合效果与其固化强度呈正相关关系,基于理论公式的数值模拟结果很好地验证了试验结论;耦合介质厚度影响耦合效果的主要因素在于厚度过大会引起地震波损耗,厚度过小会产生较大的谐振现象。研究成果可服务于工程实际应用,进一步提高隧道超前地质预报的准确性。

多同性源阵列电阻率法隧道超前探测方法与物理模拟试验研究

直流电阻率法以其对含水构造响应敏感且适应性强的特点,是隧道施工期超前地质预报的常用方法.针对目前定点源三极观测方式易受到测线附近旁侧异常干扰与聚焦观测方式探测距离过短无法三维成像的问题,提出了一种基于多同性源阵列电阻率的隧道超前探测新方法,利用环形布置的多同性源供电压制隧道掌子面后方的异常体的干扰,同时增强掌子面前方远处异常体的敏感度,阵列电极测量可为含水构造的三维反演成像提供三维数据.首先,开展了含水构造超前探测的数值正演模拟,发现多同性源方法的视电阻率纵向微分曲线极小值以及与横轴的交点位置可对异常体位置进行定性判断,探讨了多同性源方法对后方及侧向异常干扰的响应特征及识别方法.其次,将电阻率光滑约束与轨迹光滑策略引入蚁群反演算法,提出了一种最小二乘方法与改进蚁群算法相结合的混合反演算法,反演数值算例表明混合反演算法能够实现含水构造的三维成像,较好地反演出不同距离的含水构造位置,并使其边界较为清晰.为了验证多同性源探测方法的探测效果开展了物理模型试验,多同性源阵列电阻率法能较好的反映含水构造的存在,与实际含水构造的位置较为相符.

反射地震零偏移距逆时偏移方法用于隧道超前预报

为了高效快速地采集到隧道开挖前方的反射地震数据并提供实时的隧道前方地质超前预报,本文提出一种基于波动方程逆时偏移原理的隧道地质超前预报方法.为了获得与该超前预报方法相适应的地震数据,本文还提出适用于隧道内有限空间环境下的PMZO(Plus Minus Zero Offset)反射地震采集方案.本研究根据理论地震记录分析了隧道中零偏移距地震记录反射波的时距关系和振幅特征,讨论了隧道中地震记录的解释方法,利用含多条断层破碎带的地质模型,模拟了基于逆时偏移算法的实时隧道地质超前预报.数值计算结果证明,PMZO数据采集方案以及逆时偏移算法可以获得隧道开挖前方地质构造的准确成像.

瞬变电磁法指导复杂地质隧道超前水平钻探应用

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。

瞬变电磁隧道超前预报成像技术

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.

TST技术在岩溶地区隧道超前预报中的应用

顶效隧道位于岩溶发育地区,地质构造复杂,岩体破碎,对超前预报技术的要求高,风险较大。目前国内外应用的隧道超前预报技术多数都存在着技术缺陷,不能区分不同方向的地震回波,不能准确地确定掌子面前方围岩的波速,不能正确地进行纵横波分离等问题,影响到预报的可靠性和准确性。为了确保施工安全,减少和避免地质灾害发生,顶效隧道超前预报中采用了TST技术。应用结果表明,TST技术采用空间阵列系统和速度扫描技术有效地解决了掌子面前方围岩速度分布问题,提高了构造定位精度;应用二维方向滤波技术有效地消除了上下、左右的侧向回波和面波干扰,成功提取了前方回波用于超前预报,避免了虚报误报,解决了复杂地质条件下的超前预报问题。

基于GPRMAX的隧道超前地质预报正演模拟与实测数据分析

以电磁波的传播理论为依据,总结了基于GPRMAX2D的地质雷达正演模拟生成的二维剖面图的一般规律,探讨了隧道掘进过程中遇到的典型不良地质体的雷达图像特征,依据正演模拟结果对实测地质雷达数据进行了相应地解译,并用开挖实例验证了解译成果的准确性。

基于二维HHT的隧道超前探测图像识别与检测

为有效分析隧道超前探测图像以避免灾害的发生,研究应用二维希尔伯特—黄变换(二维HHT)进行隧道超前探测图像的识别与检测。应用二维经验模态分解(BEMD)方法将隧道超前探测图像分解为不同频率的本征模态函数图(IMF)分量,去除含噪声的高频分量,得到重构后的新图像;再对新图像进行Hilbert变换,进而进行复信号分析,并求取图像的瞬时参数,突出图像特征。研究表明:二维HHT方法能较好地去除图像的噪声部分,并结合复信号分析所到的瞬时参数图,突出超前探测图像的异常体特征。

TRT技术在乌池坝隧道超前预报中的应用

TRT技术实现了三维空间观测,较TSP202和负视速度法有明显的改进。乌池坝隧道地质条件复杂,施工中应用TRT超前地质预报技术,为制订相应的施工方案、加快施工进度、确保施工安全提供重要依据。

基于GprMax的隧道超前预报雷达正演模拟及应用

针对隧道超前预报可能遇到的不同不良地质体,根据其介质电性特征,构建相应的地球物理模型,基于时域有限差分算法(FDTD)和完全匹配层(PML)的吸收边界条件,利用GprMax软件,结合matlab编程开展地质雷达正演模拟。研究结果表明,对于充填不同物质的溶腔模型,由于反射系数大小的差异,反射信号同相轴的强弱和形态有所不同,不同的地电模型其相位、振幅、波形特征都各不相同。结合2个工程实例,雷达正演模拟和实测剖面结果与实际开挖情况基本相符,验证了该正演方法的可行性,说明探地雷达能有效地勘察不良地质体的类型、位置、构造走向等空间分布特征,有助于更好地指导物探工作者对复杂地质体进行更精确的解释,确保隧道施工安全。

隧道超前探测方法技术与应用研究

“隧道超前探测”是工程地球物理工作者所面临的一个难题 ,该问题是矿产资源开采 (特别是煤矿开采 )中的巷道开拓超前预报问题的引伸。因此从原理上讲凡是能进行隧道掌子面勘探的所有的地质、地球物理方法均能用来进行隧道超前探测。我们对隧道超前探测技术进行了多年的理论与应用研究 ,提出了超前探测的地质雷达与超前水平岩芯钻相结合的综合预报法 ,在许多实际工程应用中取得了较好的效果。本文简要介绍了国内外超前探测的方法与应用情况 ,介绍了近年来针对这一方法开展的研究和取得的进展 。

TST隧道超前预报技术及应用

目前国内外有多种隧道超前预报技术,不同程度地存在技术缺陷,易产生漏报与误报问题,给超前预报工作带来很大风险。TST技术建立在地震散射理论基础上,采用空间阵列式观测方式,方向滤波、速度扫描和合成孔径成像等专业处理技术,能从隧道内的三维波场中滤除侧向反射波,提取出掌子面前方回波,从根本上避免了漏报误报问题。应用表明,TST技术可有效地用于钻爆法、TBM施工隧道的地质构造、岩溶、采空区等地质灾害的超前预报。

提高地震区隧道超前地质预报准确性的措施

隧道超前地质预报工作已是隧道施工中不可缺少的一部分,特别是在不良地质段施工中更应重视这项工作。当前,隧道超前地质预报方法已经从单一的一种预报方法向两种甚至多种方法相结合的综合超前地质预报方法过渡。同时,随着近年来全球地震灾害的频发,针对地震区隧道超前地质预报体系的研究还不成熟,因此,在总结地震区隧道灾害特征及成因的基础上,采用短距离地质分析与长距离物探监测相结合的方法进行超前地质预报工作,再根据预报结果,对影响隧道围岩等级划分的地下水、主要软弱结构面产状、初始应力状态等影响因素进行修正,进而对隧道围岩等级进行动态划分,提高隧道超前预报的准确性,对隧道施工提供更为准确的指导。

TST和CFC综合技术在KS隧道超前预报中的应用

KS隧道挖掘过程中遇突水情况,停工一个月进行排水。为了解隧道前方地质及地层含水情况,以便定制施工措施及计划。文章以KS隧道工程为例,阐述了CFC复频电导法及TST地震法的基本原理,以及综合运用TST和CFC方法在工程中的应用实践,并对结果进行对比和分析。研究结果表明:TST和CFC综合技术在隧道工程中针对隧道含水及不良地质体的预报是十分准确的,可为该类隧道施工提供一定的科学指导。

隧道超前地质预报方法选取研究与应用

通过对隧道超前地质预报的几种物探方法的理论分析,揭示各种方法的使用前提及最终所得参数和信息,在此基础上总结出各种方法的优缺点和适宜范围。提出"以地质分析为核心与指导,选择探测突变参数,多方法综合对比分析"的物探方法选取原则,使物探方法的选择更有针对性,所得到的解译结果物性差异明显,便于分析判别,并提高预报的准确性。