隧道典型突水突泥致災(zāi)構(gòu)造超前探測響應(yīng)特征與解釋方法.pdf

1、隨著中國交通、水利建設(shè)的力度加大，中國隧道及地下工程得到了前所未有的迅速發(fā)展。然而，隧道工程施工中經(jīng)常會遇到多種復(fù)雜的地質(zhì)條件，導(dǎo)致工程建設(shè)過程中往往發(fā)生突水突泥等重大災(zāi)害，嚴重威脅了隧道的施工安全。因此，開展施工期超前地質(zhì)預(yù)報、提前規(guī)避災(zāi)害源具有十分重要的工程意義和科學(xué)價值。
　　經(jīng)過近幾十年的研究與發(fā)展，以應(yīng)用地球物理學(xué)科為帶動，形成了多種較為成熟的隧道超前地質(zhì)預(yù)報方法。然而，每種探測方法的物理基礎(chǔ)不同，其優(yōu)勢、探測對象、探測

2、距離和適用性也各有不同，事實上沒有哪種單一預(yù)報方法可以探明所有的災(zāi)害源，導(dǎo)致在實踐中存在著多解性強、可靠性低等嚴重問題。其主要原因在于缺乏地球物理方法對典型致災(zāi)構(gòu)造超前探測響應(yīng)深入系統(tǒng)的研究，未形成一套行之有效的致災(zāi)構(gòu)造綜合解釋識別方法。
　　針對上述問題，本文在典型突水突泥致災(zāi)構(gòu)造類別劃分研究的基礎(chǔ)上，針對典型致災(zāi)構(gòu)造開展了系統(tǒng)的超前探測的正演模擬與數(shù)值成像研究，總結(jié)并分析了隧道典型突水突泥致災(zāi)構(gòu)造超前探測的多地球物理場響應(yīng)和識

3、別特征。同時針對隧道超前探測的綜合解釋，提出了基于k近鄰分類算法綜合解釋方法，并在多個依托工程中開展了現(xiàn)場試驗和驗證。
　　本文的主要研究工作及成果如下:
　　(1)針對隧道施工典型突水突泥致災(zāi)構(gòu)造的基礎(chǔ)類別，總結(jié)分析了不同類別致災(zāi)構(gòu)造的地質(zhì)特征和地球物理特征，建立了斷層破碎帶和溶洞超前探測的地球物理模型。遴選了三種主要超前探測方法:地震波法、地質(zhì)雷達法與直流電法，分別對斷層破碎帶和溶洞開展了不同距離、不同大小等情況下系統(tǒng)的

4、正演模擬和成像研究，揭示了隧道突水突泥典型致災(zāi)構(gòu)造的響應(yīng)特征。
　　(2)在響應(yīng)特征研究的基礎(chǔ)上，提出了典型突水突泥致災(zāi)構(gòu)造的識別方法和標準。通過不同的特征提取了致災(zāi)構(gòu)造的信息參數(shù)，并歸一化出致災(zāi)構(gòu)造類別評估指標的多個特征值。以k近鄰分類算法為基礎(chǔ)、評估指標為判定依據(jù)建立了一套綜合解釋和識別方法，實現(xiàn)了由地球物理模型到致災(zāi)構(gòu)造地質(zhì)模型的映射和解釋。
　　(3)綜合致災(zāi)構(gòu)造的響應(yīng)特征和解釋方法，在吉林引松供水工程3標段和4標段