隧道全空間瞬變電磁法正演數(shù)值模擬及應用研究.pdf

1、瞬變電磁法（TEM）是一種時間域的電磁地球物理探測方法，在半空間條件下的地質(zhì)調(diào)查、礦產(chǎn)勘探、地下水找尋等方面的應用及理論研究相當成熟，全空間下的隧道瞬變電磁法理論研究卻相對滯后。近年來伴隨我國基礎設施建設的大力發(fā)展，隧道作為一種穿越工程，建設需求也日益增大，同時影響隧道工程施工和威脅工程施工安全因素之一的地質(zhì)災害也時常發(fā)生。瞬變電磁法具有對低阻體敏感的特性，能夠有效辨識富水斷層、裂隙破碎帶、巖溶發(fā)育段等含水不良地質(zhì)體，因此對于全空間條件

2、下的隧道瞬變電磁法超前地質(zhì)預報的理論和工程應用研究顯得非常重要。
　　本文以米倉山特長隧道超前地質(zhì)預報項目為工程依托，以理論研究為基礎、數(shù)值模擬和工程應用相結(jié)合的方法，分析了隧道瞬變電磁法的電磁響應一般規(guī)律，并與其它超前地質(zhì)預報成果對比，驗證了瞬變電磁法超前地質(zhì)預報的可行性和正確性，提出了不良地質(zhì)體相應的工程處治措施，本文主要的研究成果如下：
　　(1)使用ANSYS有限元軟件對隧道全空間瞬變電磁法進行正演數(shù)值模擬，建立隧道

3、三維模型，分別對無不良地質(zhì)體的純隧道空間和有含水不良地質(zhì)體的情況進行數(shù)值模擬計算，對比驗證了全空間條件下數(shù)值模擬渦流、電磁感應強度的“水波效應”，瞬變電磁法表現(xiàn)出對低阻敏感的特性，為瞬變電磁法能夠應用于工程探測領域提供了理論基礎和數(shù)據(jù)解譯依據(jù)。通過改變掌子面前方不良地質(zhì)體模型的方位、規(guī)模、厚度、含水量等參數(shù)，得到各參數(shù)條件下的瞬變電磁響應一般規(guī)律；分析研究了影響瞬變電磁法異常響應的隧道空間金屬體和巖溶低阻體，得到影響因素干擾下的電磁響應

4、一般規(guī)律。
　　(2)使用瞬變電磁儀在米倉山特長隧道進行超前地質(zhì)預報工作，對初勘地質(zhì)調(diào)查可能存在含水不良地質(zhì)體的區(qū)段進行綜合超前預報。工程應用成果表明瞬變電磁法對于含水斷層、裂隙破碎帶及巖溶段具有明顯的探測效果，同時也驗證了隧道空間存在金屬體時有效規(guī)避距離應大于30m和掌子面后方圍巖空間存在巖溶體時對探測結(jié)果影響有限的結(jié)論；瞬變電磁法在含水體的探測方面也表現(xiàn)出比 TSP法具有更高的探測精度，比地質(zhì)雷達法具有更高的準確度的優(yōu)點。