一种借助平行导硐的实时隧道超前预报方法
【专利摘要】本发明涉及隧道预报方法，具体涉及一种借助平行导硐的实时隧道超前预报方法，包括安放仪器设备、采集测量数据、分析数据、给出隧道超前预报等几个步骤；本发明所提供的技术方案利用瞬变电磁做出超前预报，减少了在主硐隧道掌子面做超前预报的时间，缩短了施工时间，提高了施工效率；在主硐隧道掌子面不具备做超前预报的条件下，通过平行导硐则可以实施超前预报，确保隧道的施工安全；采用测线滚动反演法，用开挖结果对反演结果进行实时验证，为下一次反演提供依据，能够准确地测定不良地质的范围，随着测线不断地向前推进，可以为隧道提供实时的超前预报。
【专利说明】
一种借助平行导硐的实时隧道超前预报方法
技术领域
[0001]本发明涉及隧道预报方法，具体涉及一种借助平行导硐的实时隧道超前预报方法。
【背景技术】
[0002]近年来，随着西部大开发的进程不断加快，一大批深埋的特长隧道正在或者将要被修建。目前，我国已经成为世界上隧道数量最多、规模最大、发展最快的国家。由于地质条件复杂多变，施工前的勘察工作无法准确查明隧道施工中可能发生地质灾害的位置和规模。在隧道施工的过程中，突水、突泥等灾害事故频发，轻则造成设备损坏、工期延误;重则导致施工人员出现伤亡，给人民生命财产带来严重的威胁。2006年I月，宜万铁路马鹿箐隧道发生涌水事故，造成11人死亡;2009年12月，龙厦铁路的象山隧道发生涌水事故，淹没隧道700余米，平均地表沉陷约有10cm，300户房屋受损，经济损失巨大;2010年I月，南广铁路白云隧道发生大规模突水突泥事故，造成6人死亡。可见，对于隧道掌子面前方含水的地质构造进行超前探测已经成为亟待研究和解决的重要工程科技难题，为了有效的控制突水、突泥的风险，确保隧道的安全施工，越来越多的专家学者投入到了隧道超前预报的研究之中。
[0003]目前，对于隧道超前预报的方法主要有直接法和间接法，直接法包括超前钻孔法和超前导洞法。超前钻孔法通过掌子面上岩芯、岩肩的回水情况来判断前方围岩岩性、级另O、含水情况以及是否含有有害气体等;超前导洞法通过开挖导洞来探明前方的地质情况，直接法结果直观、可靠，但费时费力，较少在工程上使用。间接法主要包括:电磁法，如:地质雷达(GPR);地震波法，如:隧道地震预报(TSP)，反射地震层析成像方法(TRT);负视速度法(VSP)；激发极化法(IP)以及核磁共振法(MRS)等地球物理方法。每种方法都有各自的优缺点及适用范围，但是没有一种放之四海皆准的方法。
[0004]瞬变电磁法(TEM)作为一种电磁感应方法，在地面勘探的领域中发挥了重要作用。它具有对低阻充水破碎带反映灵敏的特点，而且接收探头中接收到的二次感应场，不论目标体状态如何，均能收到有用信号并对目标体进行成像。瞬变电磁法还具有装置灵活、工作效率高、直接测量二次场等特点，这使该方法应用于隧道超前预报成为了可能。
[0005]目前，对于隧道的超前预报基本都开展于主硐隧道的掌子面处，但是隧道在施工的过程中经常会因为工期的原因，无法给出超前预报的时间，或者由于隧道条件的限制，比如:主硐隧道掌子面不断发生突水突泥事故，超前预报无法在主硐隧道掌子面处开展。除此之外，瞬变电磁在反演的过程中，由于隧道背景值的影响，很难通过反演得出准确的结果。
【发明内容】
[0006](一)解决的技术问题
[0007]针对现有技术所存在的上述缺点，本发明提供了一种借助平行导硐的实时隧道超前预报方法，能够有效克服现有技术所存在的适用范围较为局限、容易受到隧道条件和目标体状态的限制、以及工作效率较低等缺陷。
[0008](二)技术方案
[0009]为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现:
[0010]—种借助平行导硐的实时隧道超前预报方法，包括以下步骤:
[0011 ] S1、在主硐隧道旁的平行导硐侧壁上设置测量点；
[0012]S2、在测量点处铺设发射线圈和接收探头，并将发射线圈与瞬变电磁仪相连；
[0013]S3、瞬变电磁仪向发射线圈输送电流对主硐隧道掌子面前方不良地质进行探测，接收探头接收相关数据；
[0014]S4、将发射线圈和接收探头移动到下一个测量点，利用S3的方法得出下一个测量点处的数据；
[0015]S5、在得出一系列的测量数据后，通过约束反演得到主硐隧道掌子面前方一定区域的视电阻率等值线断面图；
[0016]S6、对视电阻率等值线断面图进行分析，得出主硐隧道掌子面前方一定区域的地质情况，并对主硐隧道做出实时超前预报；
[0017]S7、伴随施工不断推进，将平行导硐内的测线不断前移，重复S1-S6，即可进行实时、持续的隧道超前预报。
[0018]优选地，所述测量点为9个。
[0019]优选地，所述测量点之间的距离为2m。
[0020]优选地，所述发射线圈垂直于平行导硐侧壁的法线方向。
[0021]优选地，所述发射线圈为6匝边长为2m的正方形线圈。
[0022]优选地，所述接收探头为高频磁探头。
[0023](三)有益效果
[0024]与现有技术相比，本发明所提供的一种借助平行导硐的实时隧道超前预报方法利用瞬变电磁在平行导硐内对主硐隧道做出超前预报，从而减少了在主硐隧道掌子面做超前预报的时间，很大程度上缩短了施工时间，提高了施工效率;在某些突发的情况下，比如:主硐隧道掌子面长时间、大规模地发生突水、突泥、坍塌等事故，此时的主硐隧道掌子面不具备做超前预报的条件，通过平行导硐则可以实施超前预报，确保隧道的施工安全;采用测线滚动反演法，用开挖结果对反演结果进行实时验证，为下一次反演提供依据，能够准确地测定不良地质的范围，随着测线不断地向前推进，可以为隧道提供实时的超前预报。
【附图说明】
[0025]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0026]图1为本发明结构不意图；
[0027]图2为本发明所测得的视电阻率等值线断面图；
[0028]图中:
[0029]1、主硐隧道;2、主硐隧道掌子面;3、不良地质;4、平行导硐;5、瞬变电磁仪;6、测量点;7、接收探头;8、发射线圈。
【具体实施方式】
[0030]为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0031]—种借助平行导硐的实时隧道超前预报方法，如图1所示，包括以下步骤:
[0032]S1、在主硐隧道I旁的平行导硐4侧壁上设置测量点6;
[0033]S2、在测量点6处铺设发射线圈8和接收探头7，并将发射线圈8与瞬变电磁仪5相连；
[0034]S3、瞬变电磁仪5向发射线圈8输送电流对主硐隧道掌子面2前方不良地质3进行探测，接收探头7接收相关数据；
[0035]S4、将发射线圈8和接收探头7移动到下一个测量点6，利用S3中的方法得出下一个测量点6处的数据；
[0036]S5、在得出一系列的测量数据后，通过约束反演得到主硐隧道掌子面2前方一定区域的视电阻率等值线断面图；
[0037]S6、对视电阻率等值线断面图进行分析，得出主硐隧道掌子面2前方一定区域的地质情况，并对主硐隧道I做出实时超前预报；
[0038]S7、伴随施工不断推进，将平行导硐(4)内的测线不断前移，重复S1-S6，即可进行实时、持续的隧道超前预报。
[0039]测量点6为9个，并且测量点6之间的距离为2m;发射线圈8垂直于平行导硐4侧壁的法线方向，发射线圈8为6匝边长为2m的正方形线圈;接收探头7为高频磁探头。
[0040]首先，在需要进行超前预报的主硐隧道I旁的平行导硐4侧壁上每隔2m设置一个测量点6，共设置9个测量点6;在测量点6处铺设6匝边长为2m的正方形线圈作为发射线圈8，铺设高频磁探头作为接收探头7，并将发射线圈8与瞬变电磁仪5相连;瞬变电磁仪5向发射线圈8输送电流，对主硐隧道掌子面2前方不良地质3进行探测，接收探头7接收相关数据;将发射线圈8和接收探头7移动到下一个测量点6，利用上述方法得出下一个测量点6处的数据；收集9个测量点6测量到的数据后，通过约束反演得到主硐隧道掌子面2前方一定区域的视电阻率等值线断面图，借助平行导硐与隧道之间的间距等参数而采用约束反演，能有效提高预报精度;对视电阻率等值线断面图进行分析后，可以得出主硐隧道掌子面2前方一定区域的地质情况，并对主硐隧道I做出实时超前预报;伴随施工不断推进，将平行导硐内的测线不断前移，重复上述步骤，即可进行实时、持续的隧道超前预报。
[0041]图2为本发明对高危性岩溶隧道一一大独山隧道进行隧道超前预报所得到的视电阻率等值线断面图，如图2所示，可以从图中看出在主硐隧道掌子面前方存在一低阻带，推断为不良地质，开挖结果与所做推断一致，说明此方法具有可操作性。
[0042]本发明所提供的一种借助平行导硐的实时隧道超前预报方法能够有效缩短施工时间，提高施工效率，并且不限于隧道条件和目标体状态，适用范围较广，能够为隧道提供精确的、实时的超前预报。
[0043]以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换，并不会使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
【主权项】
1.一种借助平行导硐的实时隧道超前预报方法，其特征在于:包括以下步骤: 51、在主硐隧道(I)旁的平行导硐(4)侧壁上设置测量点(6); 52、在测量点(6)处铺设发射线圈(8)和接收探头(7)，并将发射线圈(8)与瞬变电磁仪(5)相连; 53、瞬变电磁仪(5)向发射线圈(8)输送电流，对主硐隧道掌子面(2)前方不良地质(3)进行探测，接收探头(7)接收相关数据； 54、将发射线圈(8)和接收探头(7)移动到下一个测量点(6)，利用S3的方法得出下一个测量点(6)处的数据； 55、在得出一系列的测量数据后，通过约束反演得到主硐隧道掌子面(2)前方一定区域的视电阻率等值线断面图； 56、对视电阻率等值线断面图进行分析，得出主硐隧道掌子面(2)前方一定区域的地质情况，并对主硐隧道(I)做出实时超前预报； 57、伴随施工不断推进，将平行导硐(4)内的测线不断前移，重复S1-S6，即可进行实时、持续的隧道超前预报。2.根据权利要求1所述的借助平行导硐的实时隧道超前预报方法，其特征在于:所述测量点(6)为9个。3.根据权利要求2所述的借助平行导硐的实时隧道超前预报方法，其特征在于:所述测量点(6)之间的距离为2m。4.根据权利要求1所述的借助平行导硐的实时隧道超前预报方法，其特征在于:所述发射线圈(8)垂直于平行导硐(4)侧壁的法线方向。5.根据权利要求4所述的借助平行导硐的实时隧道超前预报方法，其特征在于:所述发射线圈(8)为6匝边长为2m的正方形线圈。6.根据权利要求1所述的借助平行导硐的实时隧道超前预报方法，其特征在于:所述接收探头(7)为尚频磁探头。
【文档编号】G01V3/10GK106054260SQ201610330031
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年5月18日
【发明人】秦胜伍, 马中骏, 王世隆, 吕江峰
【申请人】吉林大学