隧道直流電阻率法超前聚焦探測(cè)研究.pdf

1、隧道電阻率超前探測(cè)方法具有野外施工方便、勘探效率高等特點(diǎn)，在礦山井巷開采、隧道掘進(jìn)、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(zhì)和工程地質(zhì)問題;然而，在地下及其有限的施工空間內(nèi)開展電阻率法測(cè)量，如何克服隧道旁側(cè)干擾和隧道內(nèi)施工機(jī)械等接地良導(dǎo)體對(duì)電阻率法觀測(cè)的影響，從而高精度、高效率的完成地質(zhì)勘探任務(wù)是隧道電阻率法勘探技術(shù)的關(guān)鍵。本文提出了一種隧道直流電阻率超前聚焦探測(cè)新方法（本文中簡(jiǎn)稱聚焦電流法），該方法通過在掌子面上設(shè)立不

2、同功能的環(huán)狀電極組，使一次場(chǎng)電流具有像探照燈一樣的聚焦功能，可有效探測(cè)隧道掘進(jìn)前方不良地質(zhì)體的存在，達(dá)到超前預(yù)報(bào)的目的。
　　首先應(yīng)用有限元數(shù)值模擬方法對(duì)二維軸對(duì)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(cè)方案的可行性及效果進(jìn)行數(shù)值模擬研究。分別采用矩形單元和六面體單元對(duì)二維和三維研究區(qū)域進(jìn)行剖分，并根據(jù)隧道環(huán)境實(shí)際情況采用變網(wǎng)格剖分技術(shù)來減少網(wǎng)格剖分?jǐn)?shù)。對(duì)二維區(qū)域電位及電導(dǎo)率分布進(jìn)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(jì)算精度較高的喬列斯基分解法(LDLT)求解線性方程組，實(shí)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(cè)的基本原理，并給出了三種聚焦觀測(cè)方式。通過數(shù)值模擬方法對(duì)隧道直流電阻率超前聚焦探測(cè)的影響因素及最佳觀測(cè)方式進(jìn)行了研究。結(jié)果表明:旁側(cè)異常體距離隧道越近，對(duì)異常曲線影響越大;隧道大小對(duì)超前聚焦的影響可忽略。在壓制旁側(cè)干擾方面A-M-A0裝置要優(yōu)于A-M裝置，實(shí)

4、際工作中應(yīng)盡量增大供電電極距A0A，并使測(cè)量極距A0M與供電極距A0A滿足A0M/A0A=0.6關(guān)系時(shí)，可達(dá)到最佳探測(cè)效果。
　　第三部分主要介紹了在數(shù)值模擬的基礎(chǔ)上進(jìn)行導(dǎo)電紙和土槽實(shí)驗(yàn)，通過不同的電極排列方式和實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)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(cè)效果的影響因素及其探測(cè)曲線特征。并比較了設(shè)計(jì)的聚焦電流的電極布置超前探測(cè)的效果，驗(yàn)證了聚焦電流法超前