隧道含水構造地面——地下瞬變電磁探測方法與響應規(guī)律研究.pdf

1、我國的隧道建設目前面臨嚴重的突水突泥威脅隱患，常用的方法是超前地質鉆孔結合地球物理方法對隧道前方的地質情況進行判斷。但是，目前的超前地質預報方法僅僅能夠獲取掌子面前方一定范圍內不良地質體的情況，無法識別隧道掌子面前方大規(guī)模的不良地質構造，對隧道頂板和底板不良地質體的探測手段有限;受到隧道內臺車、鋼拱架等低阻異常的干擾，電磁類方法信噪比較低;在隧道選線勘察時，缺乏有效探查大規(guī)模不良地質體的地球物理手段。因此，類比地空瞬變電磁裝置型式，地面

2、-地下瞬變電磁裝置型式將發(fā)射源布設于地面，在地下和地面接收響應信號。
　　發(fā)射源布設于地面，距離隧道內金屬異常體較遠，相比隧道內布設發(fā)射源能夠提高信噪比;該裝置能夠探查幾十米甚至數百米的不良地質構造，并且能夠探查已開挖隧道頂板和底板的地質構造情況;隧道選線時可以應用該裝置探查大規(guī)模不良含水地質體，測深能夠達到千米以上。地面-地下瞬變電磁法擴大了瞬變電磁在隧道超前地質預報的探測范圍，有望成為隧道超前地質預報的新手段。
　　本文

3、的主要思想是將地面-地下瞬變電磁探測方法引入隧道超前地質預報與前期勘察中，全面闡述了該裝置型式的特點，系統(tǒng)介紹了如何地面-地下接收數據。為了研究地面-地下瞬變電磁法對不良地質含水體的響應特征規(guī)律，首先對多分辨網格算法進行了開發(fā)，對多尺度網格內部的迭代公式進行了重新定義，利用多尺度網格的邊界條件對運算關系進行制約，實現(xiàn)了時間域與空間域運算關系的統(tǒng)一;然后通過改變接收深度、電阻率和收發(fā)距探究均勻半空間模型地面發(fā)射-地下接收瞬變電磁的基本規(guī)律

4、，對垂直方向、軸向方向等五個方向的進行測線優(yōu)選;最后探究了純隧道腔體、直立充水斷層、傾斜充水斷層、充水溶洞、斷層破碎帶和大規(guī)模地下暗河的響應規(guī)律。在數值計算的基礎上，利用物理模型試驗模擬了地面發(fā)射-地下接收瞬變電磁的響應規(guī)律，首先利用不同收發(fā)距、接收高度、發(fā)射線圈位置的物理模型試驗得到基本響應規(guī)律;然后利用頂底板及直立斷面低阻異常斷面分別得出頂部低阻異常、底部低阻異常、直立低阻異常的響應規(guī)律特征;最后利用掌子面前方不同含水體模型試驗得出

5、直立含水體、傾斜含水體、立方含水體的響應規(guī)律，對不同水量的響應特征進行分析歸納。在數值計算和物理模型試驗的基礎上進行了現(xiàn)場試驗，首先，對已知水倉進行地面和地下數據采集，利用已知模型驗證地面-地下瞬變電磁的可行性;其次，對未知區(qū)域進行地面發(fā)射-地下接收數據采集，利用巷道內小回線瞬變電磁法進行結果驗證;第三，對未知采區(qū)進行地面發(fā)射-地面接收瞬變電磁試驗，利可控源方法進行結果驗證。通過數值模擬、物理模型試驗和現(xiàn)場試驗得出，地面-地下瞬變電磁裝