隧道含水構(gòu)造地面——地下瞬變電磁探測方法與響應(yīng)規(guī)律研究.pdf

1、我國的隧道建設(shè)目前面臨嚴(yán)重的突水突泥威脅隱患，常用的方法是超前地質(zhì)鉆孔結(jié)合地球物理方法對隧道前方的地質(zhì)情況進(jìn)行判斷。但是，目前的超前地質(zhì)預(yù)報方法僅僅能夠獲取掌子面前方一定范圍內(nèi)不良地質(zhì)體的情況，無法識別隧道掌子面前方大規(guī)模的不良地質(zhì)構(gòu)造，對隧道頂板和底板不良地質(zhì)體的探測手段有限;受到隧道內(nèi)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(zhì)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(shè)于地面，在地下和地面接收響應(yīng)信號。
　　發(fā)射源布設(shè)于地面，距離隧道內(nèi)金屬異常體較遠(yuǎn)，相比隧道內(nèi)布設(shè)發(fā)射源能夠提高信噪比;該裝置能夠探查幾十米甚至數(shù)百米的不良地質(zhì)構(gòu)造，并且能夠探查已開挖隧道頂板和底板的地質(zhì)構(gòu)造情況;隧道選線時可以應(yīng)用該裝置探查大規(guī)模不良含水地質(zhì)體，測深能夠達(dá)到千米以上。地面-地下瞬變電磁法擴(kuò)大了瞬變電磁在隧道超前地質(zhì)預(yù)報的探測范圍，有望成為隧道超前地質(zhì)預(yù)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(zhì)預(yù)報與前期勘察中，全面闡述了該裝置型式的特點(diǎn)，系統(tǒng)介紹了如何地面-地下接收數(shù)據(jù)。為了研究地面-地下瞬變電磁法對不良地質(zhì)含水體的響應(yīng)特征規(guī)律，首先對多分辨網(wǎng)格算法進(jìn)行了開發(fā)，對多尺度網(wǎng)格內(nèi)部的迭代公式進(jìn)行了重新定義，利用多尺度網(wǎng)格的邊界條件對運(yùn)算關(guān)系進(jìn)行制約，實(shí)現(xiàn)了時間域與空間域運(yùn)算關(guān)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(jìn)行測線優(yōu)選;最后探究了純隧道腔體、直立充水?dāng)鄬?、傾斜充水?dāng)鄬?、充水溶洞、斷層破碎帶和大?guī)模地下暗河的響應(yīng)規(guī)律。在數(shù)值計算的基礎(chǔ)上，利用物理模型試驗(yàn)?zāi)M了地面發(fā)射-地下接收瞬變電磁的響應(yīng)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(yàn)得到基本響應(yīng)規(guī)律;然后利用頂?shù)装寮爸绷嗝娴妥璁惓嗝娣謩e得出頂部低阻異常、底部低阻異常、直立低阻異常的響應(yīng)規(guī)律特征;最后利用掌子面前方不同含水體模型試驗(yàn)得出

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