隧道直流電阻率法超前聚焦探測研究.pdf

1、隧道電阻率超前探測方法具有野外施工方便、勘探效率高等特點，在礦山井巷開采、隧道掘進、城市及軍事地下工程施工中發(fā)揮重要作用，解決了許多水文地質和工程地質問題;然而，在地下及其有限的施工空間內開展電阻率法測量，如何克服隧道旁側干擾和隧道內施工機械等接地良導體對電阻率法觀測的影響，從而高精度、高效率的完成地質勘探任務是隧道電阻率法勘探技術的關鍵。本文提出了一種隧道直流電阻率超前聚焦探測新方法（本文中簡稱聚焦電流法），該方法通過在掌子面上設立不

2、同功能的環(huán)狀電極組，使一次場電流具有像探照燈一樣的聚焦功能，可有效探測隧道掘進前方不良地質體的存在，達到超前預報的目的。
　　首先應用有限元數(shù)值模擬方法對二維軸對稱分布和三維全空間分布的隧道環(huán)境下直流聚焦超前探測方案的可行性及效果進行數(shù)值模擬研究。分別采用矩形單元和六面體單元對二維和三維研究區(qū)域進行剖分，并根據(jù)隧道環(huán)境實際情況采用變網格剖分技術來減少網格剖分數(shù)。對二維區(qū)域電位及電導率分布進行線性插值。三維空間電位采用三線性函數(shù)插值

3、，將變分方程化為線性代數(shù)方程組;采用計算精度較高的喬列斯基分解法(LDLT)求解線性方程組，實現(xiàn)了隧道電阻率法的二、三維數(shù)值模擬。
　　第二部分主要介紹了直流電阻率超前聚焦探測的基本原理，并給出了三種聚焦觀測方式。通過數(shù)值模擬方法對隧道直流電阻率超前聚焦探測的影響因素及最佳觀測方式進行了研究。結果表明:旁側異常體距離隧道越近，對異常曲線影響越大;隧道大小對超前聚焦的影響可忽略。在壓制旁側干擾方面A-M-A0裝置要優(yōu)于A-M裝置，實

4、際工作中應盡量增大供電電極距A0A，并使測量極距A0M與供電極距A0A滿足A0M/A0A=0.6關系時，可達到最佳探測效果。
　　第三部分主要介紹了在數(shù)值模擬的基礎上進行導電紙和土槽實驗，通過不同的電極排列方式和實驗參數(shù)設置（供電電極距、異常體到掌子面的垂直距離d、異常體到隧道中線的距離L、異常體大小），分析了聚焦電流法隧道超前探測效果的影響因素及其探測曲線特征。并比較了設計的聚焦電流的電極布置超前探測的效果，驗證了聚焦電流法超前