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文档简介

隧道及地下工程的施工中地质灾害隐患

的探查、预报新技术及集成系统

——将隐患变成明示将危险消灭在出现之前

不仅要做抢险救险的英雄,更要做警示、避险的保障者

钟世航隧道(铁路、公路隧道,水利水电的输水隧洞)和地下工程(民用、军工大型地下洞室、矿山坑道、采区)是高风险的工程,存在大量地质和施工的未知数,特别是地质条件的未知数。埋深较大的隧道(如埋深200—300m以上),设计前的地质勘查是不可能将隧道开挖标高上的地质情况查清的。于是施工时坍方、溶洞、暗河、涌水、涌泥时有发生,造成人身、物资、财产、工期、造价等方面的重大损失。位于巫奉高速公路的桃树垭隧道,在ZK38+249前后发生坍方,坍方落物为大块的岩石。经调查和分析,这是原来未发现的断层造成的。一处坍方,坍深约3.5m

图中G为钢质拱架W为地下水

K为坍体中未填实的空洞隧道坍方至地面产生的塌陷洞锦屏二级电站辅助洞涌水园梁山隧道突泥被3#溶洞爆喷突泥所掩埋的电瓶车被3#溶洞爆喷突泥所掩埋的梭矿2#溶洞突水洞口2#溶洞突水洞内2#溶洞充填物锦屏二级电站辅助洞AK10+7AK10+750涌泥、涌水

埋深稍大的隧道,地面地质勘查的难度大,尤其是难以探查到可能造成危害的较小的不良地质体,也仅能大致确定许多界面和不良地质体在隧道开挖时可能出现的位置。因此,在施工过程中校准勘查资料,并对掌子面前方的各种不良地质作探查并准确地定位十分必要。隧道施工中遇到可能造成地质灾害的不良地质体,主要包括断层、破碎带及破碎岩体、某些强风化岩脉、溶洞、溶管、涌水、涌泥等,由于施工和动态设计的需要,对重要的岩体分界线和岩体的破碎或完好情况也要进一步查清。近几年,每年完成的以铁路、公路隧道达600km,还有大量的水工隧洞、地铁、大型地下工程,还有更大量的煤矿、固体矿产的巷道和采区,许多工程都在地质情况复杂的地区,目前的安全形势严峻。对隧道施工地质预报提出越来越高的要求。物探工作者和地质工作者义不容辞地要迎着困难上,要做安全的“守护神”。历史宫:上世桐纪70年代起度,陆续倡有零星献的试验挑工作上世穗纪80年代致初,莫我国及铁道皂科学为研究愚院围拉绕大讨瑶山话隧道歇提出据科研炸课题所未受州重视农,科纱研项趋目流检产,营大瑶病山隧没道突房诚水淹以没隧写道和纱竖井警,80年代躬中期菌,大惠秦铁运路隧沿道“吩处处夹冒烟撑”告葛急,亩铁道移科学泰研究脉院于19源86年在南奔岭隧道损开始试仍验,19狐87年再赶次提歉出系烧统研日究用吧物探屿技术海作隧话道施点工时筒掌子细面前魄方不崇良地盒质预索报的然可行扰性研圆究报铜告,198烂8年第1次讨雷论性惭评审携,198滥9年作含为部铃列可棉行性补研究主项目夏,199众0年可行祝性研究考通过部愤组织的贺评审,驴“隧道僵施工时匪掌子面吴前方不廉良地质柱预报”羊列为不放重点科鼻研项目哲。199逐1年-199踪蝶5年铁道方部组织揪了11个单萍位、设了6个子昨课题徒,经隙过5年的攻站关,采终取了近混乎苛刻耳的管理剩方法——设定了役两个阶组段,每享阶段定稻了“评提考”的六工程.经过3个阶共段,3次每挥次3天的书专家支评审,最终防选定地肿震反射敞负视速盯度法(破后又称听隧道VS圣P)和宫陆地回声纳广作为踪蝶主要孟方法昨,探陵地雷愤达等追作为徐辅助吩方法价。第2阶段由爽负视速挺度法和辰陆地声般纳法各兰为龙头仗,分成躁两组。招对南昆脉铁路隧悉道作实屑测预报姐,前者棕以断层抬预报为萍主,后关者以断联层和溶瘦洞预报辉为主,英均取得肺了全部洲预报成封功,项嫌目获南偶昆线一障等奖。俱攻关成欧果19涝95年通算过铁银道部悦鉴定。90年代宰中,寒水利床水电除部门赴用探晌地雷需达进拜行了葡掌子钩面前猜方地庙质预纽奉报。90年代中骗,瑞士Am头be商rg公司推墙出TSP,其原辛理与负舅视速度丢法相同破,但采岭用一点基接收,偏多点放唐炮激震务的方式挽。199鹿6年日著本研箱究并番推出HS柜P,一斧点或脾几个俘炮点价激震叫多点挪接收纯的方垦式,婆强调爹物探菊概念胞和地右质。当时宪由于糕技术炸能力跪、经货费、突工程揭问题直和试面验工棚程选畏择困生难的存原因耳,未日将水趴的探熔查预飞报作董为主市要研尊究内警容。200跟0年后交保通、能煤源基本录建设大盆量投资查,大量产工程建哲在中、崖西部,储地质复筝杂,岩短溶、突秧水突泥拿问题严固重。“隧道滋施工捧时掌列子面躲前方周不良窄地质差预报舅”问爪题再盏次引析起关便注。晃我国需一些生有前住瞻能稀力的终物探洽工作缓者,名在浓齿厚的桌盲目哑宠洋允的气印氛中构,以喜真正陡解决陷工程挨问题茅为目虹标在榴经费确困难绣的情品况下钩再次夺投入忘研究格。钟威世航列开始林研究们推广楼用探地雷搭达在应凝急的源探水急手段梳,并抓将陆锐地声删纳的储方法冷和仪恋器研勺究、忙发展附上一诱个台酿阶;200屋3年,津李貅木和钟尊世航堤开始总研究热用瞬变森电磁抗法作为章主要佳的探水手资段;200猾5年赵永阴贵引进泛和试验颤美国TRT法……国家顾有关后部门盟也进滥一步羞重视睛有关同研究名工作地:20新03年-2耐00输5年“杜隧道而施工产时掌租子面府前方品不良酸地质羽预报侮瞬变偿电磁饮法研虚究”针列为备陕西倡省交肥通科姻研项咽目。20躺05年12月国秩家自零然科脚学基孤金重插点项垃目“糖高压肠大流体量岩兔溶裂障隙水佳与不乖良地炭质情用况超父前预辨报和权治理仰”课蹦题开漏题。棉超前畅预报裙部分挤物探骆技术信以重泻点研言究开元发陆地性声纳钱法、瞬变电功磁法和探地雷零达为主;20暑07年6月,镜国家捏高技飞术研貌究发翻展计终划(86止3计划)装的重大驳交通基庸础设施展核心技清术“隧道疫施工倾期大参涌水想等地糠质灾锣害超汽前实僻时预赔报系昌统与颗装备跳”完腰成招很标审除查,陆课题图物探铸部分排为陆地抹声纳奥法、瞬变电谷磁法和复合激社发极化田法;200烫7年8月,国闲家自然巴科学掘基金锹装备辨专项衔的“复合激权发极化童法仪器府和设备议研究”通幕过立兆项评集审。以下的傻介绍将撇围绕上步述课题扭的技术引方法。3种方意法的绣集成目标—不漏荣掉一可个重类大的壳地质申隐患集成的搁方法:1.陆地声都纳法:12朵0-屑15蛛0m已远的库断层、农破碎带盼、溶洞食、暗河胸的探查壤、预报在并对他猜们的空摧间位置樱作较准稠确定位露;判断棉较大出截水;2.瞬变电寻磁法:80躲m左右箱远含宵水体秘的探洽查预传报;3.复合式申激发极乖化法:露约50龄m左右远辅,区分桶自由水落和束缚淘水,涌吹水量分论级;使用物浊探方法倦解决岩没土工程溜的难题当,首先跳需要物疗探和要王反映的颜地质问搭题间的制联系,蜻也常遇狮到是否示有未解蛮决的地项质学方林面的问动题需要锈去突破作。例如踢大瑶扣山隧冤道发骑生了桂深部铁的岩叼溶水蔽涌水虚,埋压深25景00参m的锦立屏二狸级电隔站隧棚洞也形发生布了深另部的价岩溶雄水涌铲水。嫁许多毫长大榜隧道弟和电晕厂房里都深滑埋地津下,量岩溶盯水和贺裂隙夕水有脏无人涨们未邻注意椅的规次律?荣物探辆的地博质预屯报的遣直接建探查台和间蒙接探桐查应单遵循互什么算技术逮路线锐?下面举扰例说明饺有关研须究工作禁。锦屏二缸级电站群隧洞岩李溶裂隙吃水发育脊规律1地质构婶造因素可能发枕生涌水恼的部位帮分析:隧洞通盲过的断层强及向劲斜、求背斜龙核部;EW向和NN院E向结构顾面是工焰程区内忌地下水踏活动的逝重要通拴道;。2断裂性原质及性亏质因素主要出太水构造为NWW和NEE向的付张扭毯性结寻构面杯,尤胸其在注埋藏尾浅部进和背瘦斜核院部。近EW向结构客面相交处及EW向结论构面扶与层准面相谅交部诱位3岩性因钞素4岩溶发烂育因素可能朱发生道涌水醉的前宵兆分记析:由弱可给溶岩进蜂入强可净溶岩的液边界部柔位时;导水规构造寺多数命集中岩发育距在向卸斜一概翼;当黑色或岩体进树入白色税或花斑扰状岩体爆时;当隧洞大由渗、熊滴水段搏进入线织状渗水录段时;风钻孔雷内出现睬浑水;当地堂温测蔑值出觉现比税前一罚点低历时。深部岩禽溶裂隙尽发育规逐律的新欧认识1“在古换溶蚀网面标灯高以费下岩舱溶将龟不发属育”蜂,这偏是人撑们的战认识磁。但贴实践抢证明捐,如果绳汇水推标高么低于闭工程光标高鞠,在仗工程柱施工灶范围电就有准可能胁发育汽岩溶折,其规模倘的大小鹅则与构冈造、岩静性、新孕构造运到动发育肠和河流娘切割有止关。在锦屏身二级电北站,会沉遇到直被径1m左右的咏溶洞和挨溶管,狗会遇到供一些小岁断层和讯裂隙溶穴蚀产生搂的涌水脖、突泥碰。下表涨是20苏06年辅助基洞段部由分出水谅点的调望查统计敞资料,绘可以看未到稍大池一点的乓出水大面部都直高接与溶司蚀裂隙摧溶管有喷关。AK警13骂+8溪78涌水拒的溶奴管照狭片埋深200具m以上的淡锦屏二计级电站鸣辅助洞叶东段AK客10坑+7碌50等处骨又出利现了四溶蚀蹦的小衣断裂货中充厌填的隙泥水评突涌材的现堂象。驰涌泥陵体的菠宽度竹达3~5m。2涌水段哈不仅受坡控于岩帜性、构欺造与地饥下水动撤力条件,而且说与岩石和的成阴分和府构造源有关掉。即使诊岩性膛相同胞,成分弦较复葛杂,受呈黑腹白相施间条鱼带状识、斑赌状的踏大理们岩是易产术生岩溶裂暖隙水的猛段,成分狗较单泄一,茧纯色亚的大街理岩掉则裂干隙水不发育易发扫生岩爆言。3裂隙组撇中发育肤小溶洞僵、有一捎定宽度姥溶隙者是导引集刊中裂隙旦水,使这宅组裂摆隙发生较庆大涌水始。陆地声喇纳法探挣查资料星中反映根,所探您查到的多组裂筒隙中,奇存在小苹的溶洞赌(那怕蒸直径30~50局cm)或羞溶隙到那组沉或二榆、三搂组,骗是大涌水的通迁道。这对探遵查预报痒岩溶裂虎隙大涌谊水指出口了选用绑方法、累直接探新水和间樱接探水跪相结合警的方向轧和技术昨突破的置技术路刘线。锦屏二脊级电站价出口段AK1酱2+9心00-摧990小溶址洞、祖溶隙歉导水对物探日预报手裁段的要摆求(1)综合浓物探要友达到的狱目标:应当基垫本不遗粘漏掌子郑面前毯方及压周边观至少1/傍2隧道兽跨度远范围革内的重大隐炭患,包括庆断层、耳破碎带枝、强风兴化岩脉面、溶洞捕、溶管枕、暗河坑、溶槽淡溶沟、腾大中涌杏水体等忍;预报扮的地闭质体求空间定位要心有足够岛的精度,误差吊应<5%;要能对涌炉水量融作出疯定量胳或半篇定量伐的估唇算。因为帆施工需乡丰对于小集、中、战大涌水肠分别制执定引排腐或超前挤注浆堵本水等方览案,确掠定是否旨作水平孕钻孔及竹其它措素施;要能预报岩熔体的破碎碎或完哈好情况。若围倾岩情况结将有突杠变,施政工方要泻作好施和工措施拴变更预僵案,设判计方也杆要作设帝计的变挥更,地萌质预报键应从资巧料方面丸给于必屑要的支女援;要适应TBM(全断赔面掘进茅机)和钻致爆法的施蹄工,TBM长达黎几十碌米,镇机械烂占据卷了几济十米谦长的海全部粪隧道我空间餐,预治报手盆段要指适应盟其工蝴作方械式。要少占用惩开挖时柴间,少魔干扰施慢工。隧鹿道施歇工讲虹求施亮工速情度,桥通常抗,单丑线铁惭路隧抵道月梢开挖信可达20陆0~材25统0m,双称车道弟公路丙隧道迎月开陈挖可政达10执0~售15楚0m,过类多地登占用翅开挖巩时间码,过棒多地微干扰衬施工抢,将障会影文响施国工方翼与预弓报方另的配酬合。对每侄一种杜物探棉方法术的要钓求要有盒特长,在综终合物探嘉系统中琴要能独杜挡一岩面,例如茄弹性波痒类方法饺主要要学探查断悦层、破轰碎带、脊溶洞等予,并能安准确定且位,能踪蝶对岩体义破碎和对完整程督度给于运一定判董定;电轿磁类方谨法主要疤探查含浸水层;酸激发极杏化类方阁法要能虾区分含正水泥砂董、淤泥读或自由造流动的李水,并古判定涌木水量。要探查一定床远的峡距离,与开钟挖速岸度相亏适应。一器般来挑讲,伴主力范方法餐应能菜探查20肚0m左右,预报10器0m以上;预报特执定目标还的方法纹,也应猎当探查50m以远奥。要能罩较准确地跳作被探因查地质逗体的空雹间定位。现场采黄集时间把短,停止掌勺子面施舟工工作疗不超过1小时,外对边墙累施工干崭扰不超非过2小时圆。1弹性为波反逼射系借列方各法预砖报方残法分何析目前,转弹性波秩反射系泄列的方自法,已汁投入应扬用的如筛地震反让射负视掘速度法始(隧道VS竭P)、背陆地大声纳肚法(绕极小心偏移忌距超伟宽频雄带弹训性波捷反射博单道筛连续拍剖面盖)、胳水平凳声波摄法、TS慌P、日旦本HS坝P、美径国提繁出的TR店T等,它将们或在论隧道边附墙钻孔挑设检波管器和用录炸药爆蒙炸激振,接收反缝射波来馆探查,或在掌老子面上蝴用锤击芝激振并船设检波孩器接收唤反射波(陆地声脱纳法),在探查究断层、皇破碎带树、岩脉谷等方面爆,都基灿本上能养作为可融投入实薪用的方妻法应用享。陆地瓣声纳法于还可以毯探查单轻个的中借小溶洞珠,在探瞧查岩溶楚方面发宣挥了作树用。它赚们都能杆作100姿m或达150堡m以远丙的预衬报。之各种裤反射申法实数测得雪的是隔反射俱波的据走时绝和反内射波仰的时夺间曲召线.为确扇定反届射面请的距侍离,需知械道弹盲性波荷的波补速V,然后晒按公式L=基V·枪t/竞2计算胀距离桑。其什中L为反射茄点的距侨离t为测得刊的反射肝波的走蓬时但是当餐反射面很不平行职掌子面戏时,这膊些方法造却仅能距测出第惹一个反兆射面以副近岩体介的波速飞,尚测消不出第2层、第3层的臭岩体耕波速民。目栏前均猫用实倦测的惩第1层波阀速作籍定量垃计算现。因此烟,当丽预报内距离姜较远眉时,跳对反伸射面饼的定仙位误材差就简较大他。设环法测艇量各选层波强速,辱是要断研究毕攻克纺的课嫌题。旗同时凑,所君测的逃反射瞧面是蒸与弹陡性波吊射线姑垂直眨的面奔,而矩不是贴掌子叉面正膛前方小的面多,需谁要通圆过作镰图将据所测绍面延搭伸到挂隧道声掌子趣面前缺方。凭探测催距离郊越远尖,误码差越颜大,烤干扰银越多盾,错商误率叉越高艳。隧道VS坏P、HSP等工作窃原理示过意图钻孔装药起爆采集TS谨P预报全过程一维的治测量得哨不到反猛射面3维的空仓间形态康,这样吗定位只州能是概肤略的。行这是这柜些方法毁的弱点因。弹性凳波法提中选袋择和喘继续姻发展荐陆地叉声纳烛法,匀这是旁有我亮国完孕全自邮主知谷识产裤权的束技术淋和仪匪器、准设备陆地锡声纳法工冲作原道理示减意图陆地记声纳亿法是“陆注上极届小偏垒移距超宽怎带弹性疏波反寨射超歉短余惑震接藏收系硬统单缠点连叹续剖酷面法迟”的简称介。是地震反炮射法的变提种,吸趴收了水虹声法、疏探地雷吸达、超太声波法扁的某些牵特点而给形成了匹一个杂交的品种尘。不需打饿孔、不圾需放炮恐,安全棚简便。1在隧诵道掌子幕面上设测摸量剖面银,剖面启上每30c泊m左右设朋一测点,用锤击危方式堡激发弹性波惧,在激咳震点旁额设检波妥器接收脾被测物炼体的反培射波,勤检波器备用黄油杜与岩面鞋耦合。图不然后续将各测室点的时篇间曲线拼成季时间压剖面,根据丈同相州轴和化频谱腐解释余圈定断层、蒙大节理撇、岩层事分界面值、岩脉塞、涌水烈层、溶伶洞等不伴良地质退体,为确隐定反徒射体换的空租间位亩置,通常使布置惠水平淋和铅裳垂的香两条所测线;2用锤激下震源以误及检波眨器和仪垂器结合塑,可激角发和接片收从10H凶z~400良0Hz的波什,然陡后可时通过分窗口庙带通滤曲波提取爹不同频诱段的反淹射波,高频番段的肥反射咬波可摩反映敬薄层勾和大抗节理缠等和脸小溶险洞,赌低频妈段的累反射猫波可钞反映顷较大皮的断幅层、致较厚去的岩援脉、早岩层渔和大油溶洞抢,通见过不络同频粗段反只射的播图象长对比坚,可拉以分状辨不向同的赚不良扯地质悉体;3作为极滥小震-检距的田方法,妈反射波怕是续至顺波,故可避开闯直达波猛、声波搞、面波许的干扰,而肚且不斥仅可沃探查点断层裹等近僚似平住面型爬的物吩体,留还可探查巷溶洞软等有强限大交小地鼠质体;由栏于全终信息豪的采冬集,吧还可根据劈燕频谱某测出台断层破影响咬破碎莫带的范落围。弹性劲波类酷方法轻有较最高的魄定位重定量烟精度古,波中速可吗以和乘岩体房诚完整反程度村和密埋度相岩联系献,探甘测距良离较加长。栋但反哗射类哪方法烧波的粉反射坛点,漫通常峰都不溪在掌异子面伤正前正方,台作时见深转触化后赵得到龟的是套测点某到反吨射面巩的距谱离,易要作构偏移伞,才鸣能准污确确羞定反敞射体州的空巴间位岭置。扬目前虏的问颗题是鲁,如玻何提傲高定岁位精悠度。定位精截度的第1个关榆键参炊数是波速裤。目前大午部分弹津性波反栋射类方稼法都是魂在隧道偷边墙利革用折射剧波法测第一滩个主反射沸面以近确岩体的疾波速。湾当反射睁面不平耕行掌子横面时,便得这不到昏第2层、第3层岩逢体波汤速。简一般尾来讲课,只塔有测纵点在缠三维拦空间笋布置盈,才表能实竖测并集解出哪各层求波速剥并对麦反射肯面的都空间揭位置膝较正秆确定糟位。例如陆地声功纳法,将边墙很测波速话的小折擦射波测压点改成几个唉零震-检距的测歼点,仆即可登和掌嗽子面立上原潜布置掩的水接平和壤铅垂锦向剖陷面上毙的测象点结烤合,根据测待得的反晋射时通过迭症代求出匹各层欢波速遭,或通过3维建澡模计算诊解算蛾出波滩速及锯各反狮射面革空间集参数膨。陆地声刺纳法在架掌子面朋上布置泪水平和训铅垂向昌测线各嚷一条,幻玉作反射看面的空址间定位捷:水平向楼的剖面谢可反映鸣反射面浅和水平淋测线的椒夹角,玻可计算则其走向铅垂向杯剖面可饱反映反购射面的杨倾向、粒倾角复杂介范质中传畜播规律——正演数周值模拟模型数值模耐拟图像模型数值模冒拟图像模型数值模给拟图像模型数值其模拟邀图像模型数值模余拟图像云台山掏隧道“关门来断层”预探第一次北探查在DK搞86很+5宴20掌子销面上夫进行撑,第税二次叮在+52驼4掌子面钞上进行深,各设引水平及役铅垂向萝测线一系条,陆沸地声纳棉法现场劝采集每助次用时40分钟左右。她预报在祸掌子面筒前方40m内未见肢主干断漠层及破凑碎带,但令有几迫条较榆大节刺理或哭小断晋层。寺隧道尺掘进胆时在获大节布理或披小断闲层处建均发扫生拱些部坍柏方,变更设惩计降低带了围援岩级抚别。第三模、四托次探昆查在DK仔86钉+5期34和+55填1进行活,在籍掌子撑面上语分别何设了电长4m的水平包测线和到长2m的铅逢垂向糟测线居各一件条,翼每次袭现场钉采集论用时宴约40分钟早。这剧次预霜报给出磁了主谊干断嫁层在控隧道糖中出汤露的铺里程教和产编状、喂厚度哪,并尊查出跃了宽家约20维m的断层购影响破铃碎带的科出露位末置。这毕是因夏为破泰碎带间中岩蓬体节救理密扶度明挂显加竭大,捞岩块则块体近小,风对高扛频波骡散射顿严重菠所致岁,这执是破固碎带挣的典徐型特仙征之献一。云台山虚隧道DK伤86定+5旧34掌子面穗陆地声异纳法地欠质预报疫图潭峪沟宅隧道断层破结碎带的掌拐子面茫前方羊预报德胜诉口隧丧道ZK帽34址+1财13掌子坟面陆笑地声坐纳时箱间剖扁面所做翁的预响报结碗果及槽开挖殖后断筋层实与测情素况200盛9年2月18日,德嫌胜口隧描道左洞ZK歇34改+7浅10~+7虫16,施工嘴队未娱做初例喷,速在架芽设钢辜拱架探时落石造成1死3伤。此诊处为赔交叉阶小断货层处秧,200矩8年12月29日预影报10附0米外的ZK雨34吗+7顾13前后有蓄交叉断替层,并咽特别提肺醒+71证0前后批应特谜别注权意。渠工程田处理帜讨论让会上史,业晃主方巴负责浓人强共调,虹预报颠已特尘别指洲明了姑此处秒是危罢险位咐置,怎今后钢施工抢方应炒认真行对待核预报擦报告绪。锦屏总二级睬电站2#引水圣洞K1骗3+百18挪6预报及杠开挖后黎实测反赖馈为进一敏步解决耐各层波蹲速测定屯及所测庸反射面祥计算成介图问题斯,在测难波速专粗利基础脊上,设们计了通竖过掌子穗面上和济边墙上斧陆地声融纳测量狸的若干索测点测糕的资料坛利用解光析几何熔中空间鬼点和平彼面关系科的公式辆构建多迈元非线港性方程启组,获析得数学枕模型,打解算出如波速和访反射面菌空间位筐置。经2届研究跃生论文创已在给筋定的已洒知数据币情况下倚通过。陆地违声纳看法预将报理旋论研百究——波速串唯一终解建箱模……下略陆地莫声纳忠法探吊查溶旧洞陆地声替纳使用翼的宽高多频带,怒对溶洞问的反映辅很突出拐,直径招1者~2m的溶肤洞,居凹凸月不平踏的大连溶洞盲和暗烫河壁然反射韵波的岔优势耀频段轨为10悟00撕Hz~300乱0H熄z,正是衣陆地声臂纳的最盆佳工作游频段。南昆掉铁路桂羊寨册基岩杂出露穗测区扛岩溶榆探查(0-忙10疑0m洽)高速公鉴路路基竞下溶洞匙探查沪蓉粪西十雕里排星测线6的陆盗地声迟纳时染间剖曾面(圈币定标恋注者夺为溶沟洞反都射的如双曲修线图饭像)南昆铁袄路铝厂板隧道出聋口端断层、努溶洞等不姥良地访质预慕报宜万铁直路八字宁岭隧拐道岩溶逝溶槽跌的地质预沟报沪蓉西巧高速公变路齐岳据山隧道右洞暗菠河测线慈右边饥已爆破揭脆露了稻暗华河,可丛观察到沪蓉汉西高斥速公训路齐核岳山翅隧道左洞暗兴河预报惧暗河廊前壁误差2--叛3m溶洞位象置吻合齐岳纲山隧病道进贿口右筛洞ZK刮32携6+蝇25琴0前后右位墙角爆询破揭露笑的暗河饼一角反映暗速河的频旱谱遣反费映暗河场和溶洞陪时的频欲谱大岭许后隧票道85m以远宽30-任50c忽m的小溶辛洞或溶点蚀缝的宅探查预扔报探查眠预报坑的90m以远两宽30酱cm左右的小溶卡洞在掌呆子面上科被揭露报照片岩溶船裂隙配水的大涌水翅,许多香与中小岭溶洞、夏溶隙、凡溶管有符关,它们宴可以形消成集水叹的小室沃,导引萝地下水奶经过它赛顺某组挎张性裂键隙或形康成溶管场涌出,俯锦屏即您为一例截。因此既探查中梦小溶洞芒、溶隙指、溶管参是预报奴涌水的网重要内志容之一命。锦屏二垮级电站角辅助洞墙出口A洞A13乐+58刻5向进慨口方吗向探灯查(A、B洞已开眨挖出水首点位置吉已知)导水岩猛溶裂隙伤及导水纱的小溶梨洞、溶组隙的探蠢查某园测松点匆的易频糠谱捡分梳析漆曲财线养(耻溶洞妨和溶耽隙最租佳反圈射频明率100昂0—3挠000弦Hz)锦屏二哑级电站术辅助洞AK圆12禾+7顺85已知墨条件推下的婚实测联实验实测膀点附休近导渗水和质涌水陆小溶器洞、滚溶隙LD厘S-诊1(200涨6年前产兆)LD锣S-巷3沃(2申00佛7年产)研究工菌作还在驴进展中闲。如同永时采集恐纵、横饲波,现茂场试验粱已采集简分离了营纵、横误波,尚猴待进一孕步工作。瞬变电悼磁法-屋探水的雄主要方洁法,目游标-前战方60姓-80m瞬变辽电磁捆法探码查掌哲子面犬前方泄水层余原理羡示意用图瞬变电题磁法是皇通过掌走子面前双的一个冠大线圈录产生电颂磁波,胜含水层骄受此电纠磁波感草应产生夜感应涡嚷流,感卷应涡流葡产生感净应电磁末场,在误掌子面目上的探弯头接收汽,在剖诱面图上妙呈现低践电阻反剂映。工作猎:隧通道中嫁3维餐空间巨的正哪演及详反演卡研究仪器及键发射系省统改进现场试那验干扰闸因素势的研愧究1理论汇研究1)等效钥导电平桶面成像谊方法研枕究2)数值陷模拟祥计算3)适合提隧道超咸前地质庙预报的丝式瞬变电邪磁工作餐方法技梯术研究4)隧道软影响校滩正方法5)现睁场实斑测试债验1)等效糖导电平父面成像受方法研累究由于察隧道划内的针全空存间的摔环境该不同港于地掩面的细半空亲间情烫况,遵因此耽隧道买中的桥探测奋方法片不能下照搬宽地面采方法辟,必步须采牢用全禁空间葬条件植下的君理论本和方听法。料目前筹在瞬惯变电气磁法荣中,脂等效谊导电淘平面两法是扒建立舱在全屋空间历理论懒基础胆上的能。另办外,神视纵闪向电夸导对鹊低阻坏导电呢薄层恼反应惧灵敏彩,有堂利于粥探测狐低阻昆充水厌断层执。因绸此,驼本文椒将等桨效导塞电平膊面法共引入捐到隧境道的紧超前黑预报歉探测贝中。等效罩导电再平面叉解释哗法是录根据融视纵督向电耕导曲服线的网特征硬值直凶观地帅划分估地层孕的一聚种近担似解千释方懒法,迎因此姿又称会“视英纵向仙电导捧解释稿法”醋。由仪于该凑方法远可以屿形象析地理汉解为最:随惑着t的增减籍,等效留导电平串面以1/产μ0σ速度珍上下诉“浮离动”卡,故红又称拐为“研浮动朋薄板测解释庸法”须。设在隧碧道掌子躺面上有肥圆形回相线,其蠢中通以终阶跃电患流,并篮在t=0时刻思断开踢电源股:则在t≥0时,积掌子跃面前钟方产洽生涡柔旋电先流,膨在地地表任鬼一点哨便可盒观测焰到由余此涡东流产类生的迎电磁克场。怜根据始电磁上理论续,可蚀用一耕导电广平面这来代孔替掌每子面猛前方眨均匀沉介质检,然演后用斯镜像针法可河发方撇便地裕求出港空间信任一门点的窄感应赛电磁耽场。设A为一稿完全增导电劈燕平面霸,面汽电导向率为炊,其萌上方廉高处绿有一漠半径唉为的狼圆形间回线石,其苏中电徐流强酬度为罗。当电源史断开时遍,由于贡电磁感连应,导垫电板A上产恋生涡环流,宇为求拳出涡军流产万生的坟电磁咬场,乳在A前方厦处,坡置一弟虚源数代替假导电佩平面云板中堤的涡流流,振因此勿只需城求出勺虚源吓在空恐间任及一点帖产生础的电霉磁场键即可礼。根据电拍磁场理沿论,引壳入矢势赵,则阵导电板鸟内任一当点的电洋磁强度沫为则在t≥陪0时,位掌子隶面前型方产义生涡您旋电螺流,霸在地就表任趣一点演便可浙观测滨到由付此涡异流产忙生的六电磁馒场。限根据扶电磁梨理论钉,可糕用一牢导电贿平面威来代建替掌蛙子面禁前方永均匀横介质绝,然查后用刺镜像状法可鞋发方秧便地樱求出吧空间樱任一撕点的循感应抵电磁孩场。设A为一完稠全导电孔平面,李面电导席率为,喜其上方魂高处有冈一半径吵为的圆斤形回线弄,其中造电流强绿度为。当电源携断开时俗,由于薯电磁感脸应,导冰电板A上产鲁生涡犯流,溪为求励出涡象流产艰生的拴电磁雕场,祸在A前方箩处,短置一伐虚源哈代替陈导电寻平面胶板中蛋的涡监流,痕因此蠢只需淡求出呢虚源愤在空菊间任所一点馆产生街的电页磁场秩即可锯。得在层屋状介挪质情塔况下五,推睬出视途纵向唤电导练和视惑深度液,其父中为究实测俭值,纽奉,旗,为崖发射拍回线荐半径档,为励发射喜电流假。于是妄引入著辅助装函数(1)又有可得(2)值提取使可由(1)式和(2)式构板成的目技标函数昼取极小民求得最峡优解来男获取。综上所坟示,求搂取视纵不向电导照曲线的包具体步例骤为:(1)首先界求得晶实投测曲迹线和昌它的王时间讯导数其曲线笋;(2)把斯和坟代廉入(1)式,求育得辅助窃函数习;(3丧)再由来值产计算拦对应颗的值脊;(4)由圆求得哗,艘再代斤入视械纵向忆电导醉的表籍达式邻,求绩得妙的值惰。(5)对于通一系岸列荡值,弃再利你用视歇深度养的表详达式构便可月得到轿曲稿线。(6盛)进行唉微分害成像御,即强求凭曲线半的二干次导当数曲选线秃,画若出该激曲线奶与视话深度显的变至化规羽律。由于脾曲线对石视深度际的高灵丈敏性,屡它可在严较早的蕉时间范芬围内,躁以较高拿的灵敏睡度和信垮噪比将宗电性分拖界面分签辨得很只详细,新而且深法层位电结性特征乖也能在挠晚期部折分得到裹反映。长凼铅子隧至道瞬瓶变电依磁法家探水锦屏二客级电站笑辅助洞表5.鸟2瞬变电础磁超前丝式地质预婆报效果衣统计表测线魄位置TEM推断农结果旷开挖协结果A洞掌煤子面AK1砖1+843AK痛11招+822,充水己裂隙AK玻11丈+820,充糕水裂芳隙AK茅11厨+812,充水台裂隙AK因11狸+81誓0,充水先裂隙AK锁11俱+806,充慎水裂妹隙AK1佣1+80过5,充衡水裂知隙AK诵11亚+793,充轿水裂政隙AK极11兔+79秧0,充水肢裂隙A洞掌子死面AK1舌1+4兵47温AK1向1+442,充榆水裂饱隙AK妖11今+445,充水赌裂隙A洞掌引子面汇(里宇程AK含11啦+8主43)视电支阻率代断面牙等值阴线图恶视纵债向电检导微圾分成燃像图视电也阻率津异常汁三维拣体成险像图A洞掌子书面(里构程AK1厚1+4继47)横通道(7假-2级#)瞬变逼电磁搬多测闹道图可以看低出,在材整体的泳晚期时兴间道上逆,所有链点多测棉道线均呈泥现出房诚衰减埋变缓笋慢的繁趋势柏,因去此在枪测线坏前方库预报咸距离内溉后段讯的视模电阻露率会插较低暴。视纵乱向电肾导微分成臭像图视电阻刺率断面坝等值线伞图探地滩雷达探地雷件达是目茧前隧道匠地质预乔报探水衡的最主乘要手段棚。1探地雷堡达探水普的优势探地雷种达是用箱发射天跳线向岩夫体发射栗有一定迁宽度的播高频电临磁波,冠岩体中触的介质跪因介电职常数ε的不众同而讨反射阿雷达覆波被陶接收宗天线宴接收固。介饭电常熄数差激是雷寄达工玻作的结基础行。空律气的缝介电戒常数僚为1,岩宰石的镰介电刃常数纳为4~20,水的层介电常楼数为81,水拌的电给导率做远高洒于灰未岩、喊砂岩攻等岩际石,马因而惯探地盈雷达筐对水射有特哪别的栋敏感还性。拐但是状至今耍未有浑人从造理论喷上作胆系统亮研究感,在除隧道另地质泪预报队实践香中大售部分唉工作贡者未抱能成搏功应默用。幻玉因此柿解决鉴有关曾理论迅和实躁践问谣题列吃为本杰课题千的任密务之醒一。阀经过岸理论渗推导串得到书以下晕结论除:判水原绑则①雷达波矿对水和趁含水率窜高的介怨质的反携射强烈胳,反射波强算度大;②雷达波止从其它管介质到僚含水层诊界面的脏反射波梦相位怒与入射苗波相反;③雷达钳波通翁过含继水体赏后,极高频罚成分朱被吸郊收,粒反射券波的磁优势锁频率姓降低.(1)雷局达波拣通过挨含水浴体后椒,高梨频成洪分被莲吸收赤,究反射毫波的晌优势洽频率证降低况。电磁期场由炸麦克绘斯韦已方程遥来描狭述并圆包括蛇电荷于守衡先方程袍以及姨场量侧与介晃质关押系的腐本构戏方程▽×H=J+D/鸣t和如▽·J峰=-ρ/扒t▽×E=-资B/抵tD求=εE▽·B庄=0B=μH▽·D兔=0J渠=σeE+J′其中ε为介护质的策介电摧常数μ为介卖质的漏导磁钳率σe为介蚊质的纸电导斑率若介质悬为均匀属、线性碗、各向慎同性,则弊▽×H=(σe+jμ餐ε)E=jω京(ε-jσe/ω)E脾=jω牌εE电场和里磁场满睛足波动脑方程▽2E(r)+k2E(r)=得0因此,顾无界均馅匀有耗针介质中搏的电磁采波的电盗场表达贩式为E(r)=E0e-槽jKr其中K感=β-jαα为衰事减系造数β为相报位常方数若假设幅介质介归电常数浸和电导尾率均为睁实数则α=ω肯(με字)1/企2{{[1轮+(σe/με)2]1/联2]-1}/2}1/2β=ω(育με)1/撇2{{[1猫+(σe/με)2]1/鹊2]+1}/2}1/叉2当σe/ωμ<<闭1,即电郑导率σe很小没时α≈σe(μ/ε)1/贩2/2衰减蜻系数款与σe成正比异,与ε1/2成反讯比;水的电受导率大,衰减系酸数大;‘当σe/ωε>>谈1,即电导调率σe很大朋时α≈(σeωμ)1/2/2衰减绢系数汉与σe及频炒率f成正械相关,频率高管的成分凭衰减系付数大;可见,蚂雷达波赌通过含阵水体后晌,高频成渠分被吸丑收,反号射波的狼优势频满率降低菜。(2)雷粥达波超对水弦和含吐水率均高的伸介质婶的反洽射强瞧烈,局反射危波强火度大有耗皂媒质少中α={-ω2εμ柜+[ω4ε2μ2+ω2μ2σ2]1/2}1/2/2=松ω(ε0μ)1/2{[εr2+(60情λ0σ)1/2]/2}其中λ0为雷除达波蓄在空誓气中辫的波扎长,λ0=c茧/f娘=2π线c/ωc为雷达城波在空颜气中的嚼波速,箩等于光辣速。波阻抗Zc=(μ蹲/εK)1/2=[μ/俩ε0(εr-j6章0λ0σ)1/2]1/已2在弱断耗媒剪质中甜(εr>>60λ0σ)α=找ω(ε0μ)1/窑2(30λ0σ/εr)1/2入射波泥的电场Ei=E0iej遍(ωt–荷k伴r)反射波扔的电场Er=E0rej鸡(ωt–兼k亭r)雷达仍波是遍横波撇,垂弹直入叼射到秩反射课面ki﹒r杠=kr﹒rEi﹒ki=0Er﹒kr=0ZC1/ZC2=n2/n1其中n1=(ε1μ)1/2n2=(ε2μ)1/2入射波衫与反射灯波的电巨场之比Ei/Er=(栏Zc2-Zc1)/尘(Zc2+Zc1)=(n1-n2)/(n1+n2)设功毒率反锹射系贸数R诱=赛(Ei/Er)2对高电捆阻介质,在从介西电常数元为ε1的介托质向塌介电榴常数毁为ε2的介质工垂直入租射情况偷下,因εr>>60λ0σ,R=(ε11/事2-ε21/2)/(ε11/磁2+ε21/2)即:介丹电常数指差别越盯大,反射断系数粒越大,反射镰波强棚度越悔大,水的介叫电常数室远大与吵岩石,因此阻雷达攀波的抹反射剩强烈网。对高电梳导率(低电忘阻率)介质,εr<<60λ0σ,α≈β司≈ω(μ0σ)1/2(3苏0λ0σ/尤εr)1/2波阻畜抗Zc=(慌μ/εk)1/2=[μ/-jσ/ω]1/2=(ωμ/槐σ)1/荣2ejπ/4在从电唯导率为σ1的介套质向玩介电呢常数姻为σ2的介质翼垂直入捷射情况脂下,反射眠系数R睛=[(n1-n2)2+(cα2/ω就)2]/[(n1+n2)2+(c该α2/ω)2]α2≈妥β2≈(磨ωμ0σ/2)1/枯2n2=c迷β2/ω导≈浇c蝇α2/ω进≈c玻(μ0σ/2臭ω)1/2>>1R=[(n1-n2)2+n22]/[(n1+n2)2+n22]=[1+(始1-姨n1/n2)2]/[1+伙(1呜+址n1/n2)2]若n1<<勇n2则R椅≈[2-党2(n1/n2)]/[2+2呈(n1/n2)]≈1-框2(n1/n2)即电燃导率陪差别结越大,反射标系数摘越大,反射用波强夜度越胸大,酿约接抢近1。水的决电导率羽远大与冲岩石,因此烛雷达割波的沿反射姨强烈鼓。(3)雷达俘波从其晨它介质迹到含水祖层界面虎的反射语波相位即与入射悉波相反实际孟上,浩从Ei/Er=(n1-n2)/(n1+n2)=榨(Zc2-Zc裕1)皱/蹄(Zc2+Zc1)即可只看出保,当臭波从周高阻耽抗向抛低阻岁抗入远射时穷,Zc篮2黎﹥Z避c1,Ei与Er正负始符号顿相同;而反宫射波Ei与入射摆波Er方向铜相反目,因谎此二尤者的闯相位袖必相卖反。沟所以扣反射愤波电邪场Er与入射欢波电场Ei间有18脏00的相位椅差。这些物是含棕水层撒反射亡雷达扶波的重要正况演概念助,是分丛析和解释含水割层反射嫌信号的赔基本原则。隧道是衬砌反检测雨时地龟下水真的反育映锦屏二楚级电站鹅辅助洞赏已知条插件下的薄实测实逐验频谱分盒析曲线锦屏顽二级理电站铁辅助李洞出说口段A洞选择婚有裂芬隙水长的边鱼墙作炕探查犯,岩泊溶裂材隙水该有明敌显的痕反映浴,主膛要依滑据是嫩强反商射和锦反射其波正蚁半周挡在前亩,与耗雷达镰入射是子波竖负半慌周在杠前相敌反。AK1与2+9道00前后浪左边剃墙雷粘达探牙水时嚷间剖藏面AK糠11懂+4亿47掌子面育雷达探伶水时间则剖面(限经开挖枯证实)[例芹]锦屏二洗级电站炸辅助洞进口段1k溜m前后宋,雷漫达曾湾多次迅预报伸地下箱水,秋主要瞧依据兴是强锡反射罚和反赖射波盘正半谊周(化或负晌半周孤)在廉前,壮与雷承达入量射子转波负表半周蔬(或递正半毛周)界在前垃相反陈;同们时不遣同深黑度的英水的帐反映里,均翅沿同修一组洋节理僵或小翼断裂释。预渔报得展到开茄挖的金证实慰。但胆其中罢一处蓄,在容预报梯里程罢开挖掏后未黑见地推下水嫩。可徒是在稠边墙客钻孔抖时,贱钻进1~2m方,孔中切即有拉股水君涌出权,而六反应腿此处播的雷王达时零间剖晃面反尘映的始强负百半周风的反蜡射同去相轴撇正好炭在剖舒面的伸两测粉。每会次探繁查预挤报约15幻玉m。(入骑射波鄙为负当半周转在前手)(椭圆拼圈定标夕示者为同水的反舰映,色域标表示杠为:正猾半周为卖红色等伶暖色系这列,负毯半周为常兰色等辟冷色系咱列)[例纠]北京地苍铁鸟巢怠段掌子搜面前方南含水砂昌层的探军查。猫含水砂饿层易导晋致开挖伏时的坍赌垮。由于踩雷达第发射糊子波细是负氧半周兼在前虚,故洒含水园砂层渡的强胃反射介波反嫩相以薄后为狐正半老周在租前。纷预报昏距离抗约15爸m。预逼报结煌果经销开挖朗证实纯。雷达愁做掌台子面老前方堵水的毯预报甜,完名成了紧理论权问题队的研着究,趟已知存条件际下的促实测看对比述,提碧出了记现场铃采集世的注链意事缝项,骡并进烧行了挑预报蝴实践彼。瞬变电具磁法与盈陆地声浴纳综合酬探查陆地井声纳蔑与探宁地雷得达组诉合探美查预气报小易溶洞件、溶看隙及忙出水胸位置锦屏圣二级搂电站认辅助带洞AK1躺0+7匠30-吃-+7揉62隧底下贩方岩溶有发育情偶况的探究查测线1瞬变上电磁窄法视算电阻辨率剖五面锦屏蚕二级箭电站2#引水躁洞陆摇地声替纳和朱雷达核预报解掌子斥面前敲方涌思水区分呢束缚插水和诉自由不水的到复合赤式激惊发激宴化法国家86票3项目软和国馅家自仰然科闯学基驾金装维备专狡项支似持这是用窜于隧道淋掌子面亮前方含烤水体水命量预测盲方法——二电流壤激发极完化半衰利时之差月法(简称半蛇衰时之白差法)。该方元法以定图点源三婆极法或苍二极法变为测量茅装置,加向地下洗供入大暴小两种剑电流,桌将大电帽流作用灰下的二头次场半俩衰时减症去小电之流作用谱下的二律次场半吉衰时得术到的差雾值即为贼半衰时凭之差。父绘制半路衰时之丝式差随AM的变化洪曲线。稍对于含稿束缚水谢或者不箩含水的饮地质体垂,半衰吵时之差傍应为负霞值或零保;对于酱自由含康水体半旱衰时之到差应为唤正值,席且水量宏与半衰筹时之差药与横轴巾的包络络面积呈教正相关挣关系。视极化亭率正演剃数据模型法试验三峡酬翻坝生公路僵鸡公碑岭隧瓣道预槐报实莲践三峡薪翻坝词公路灵鸡公输岭隧党

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