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

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：上世纪70年代照起，伐陆续哀有零筝星的花试验洋工作上世纪80年代垂初，交我国触铁道送科学望研究帖院围驾绕大场瑶山行隧道赛提出胜科研道课题渐未受套重视草，科电研项菌目流启产，句大瑶梢山隧开道突冠水淹闸没隧熟道和秧竖井壶，80年代耕中期岁，大更秦铁稀路隧芹道“洲处处残冒烟佳”告珠急，羊铁道粗科学遮研究拆院于19愚86年在找南岭球隧道昂开始沿试验帖，198依7年再次男提出系持统研究萄用物探细技术作猜隧道施碍工时掌么子面前奶方不良以地质预幅报的可首行性研主究报告级，198且8年第1次讨见论性土评审淋，19溉89年作为育部列可茅行性研柄究项目详，19严90年可行坟性研究代通过部肉组织的翼评审，窜“隧道牢施工时厌掌子面仿前方不会良地质夫预报”识列为不介重点科执研项目经。199竟1年-19鲜95年铁道营部组织晃了11个单位、设了6个子骂课题盗，经院过5年的行攻关扰，采正取了佛近乎小苛刻莲的管益理方里法——设定茧了两兽个阶惰段，寒每阶测段定荡了“拦评考彻”的类工程.经过3个阶讽段，3次每次3天的专抛家评审，最终潜选定地援震反射汗负视速塞度法（左后又称称隧道VS默P）和戏陆地逃声纳摩作为遥主要舱方法配，探福地雷饭达等诞作为短辅助鱼方法酿。第2阶段由晨负视速珠度法和兼陆地声讨纳法各豪为龙头瓜，分成夫两组。蹈对南昆锹铁路隧掉道作实绕测预报健，前者称以断层透预报为阵主，后擦者以断煌层和溶漆洞预报到为主，坑均取得敢了全部雨预报成生功，项萌目获南址昆线一絮等奖。惹攻关成问果19愉95年通置过铁澡道部束鉴定。90年代胃中，响水利纹水电雅部门握用探拢地雷祝达进郑行了可掌子路面前羡方地白质预舞报。90年代挎中，蜘瑞士Amb谱erg公司推锈出TSP，其钢原理览与负旦视速械度法救相同件，但梅采用垃一点担接收仔，多疾点放颂炮激袍震的受方式尊。199斯6年日捞本研符究并宾推出HSP，一见点或殃几个涂炮点久激震物多点秋接收票的方牢式，百强调渐物探膨概念认和地青质。当时由肚于技术闹能力、尝经费、骗工程问轧题和试习验工程佳选择困妇难的原辅因，未县将水的酬探查预畏报作为徒主要研维究内容万。20仍00年后交帮通、能漏源基本缸建设大残量投资零，大量配工程建牙在中、却西部，递地质复首杂，岩兴溶、突街水突泥麻问题严茎重。“隧道施倍工时掌豪子面前用方不良赔地质预私报”问铸题再次粱引起关伞注。我驴国一些半有前瞻摇能力的洗物探工醉作者，变在浓厚惕的盲目湿宠洋的幸气氛中歉，以真侦正解决湖工程问鲜题为目绕标在经困费困难顶的情况端下再次召投入研沟究。钟蹦世航开常始研究跨推广用探地姻雷达在应急挎的探水杠手段，轻并将陆识地声纳根的方法华和仪器垒研究、暮发展上甜一个台冬阶；20恢03年，李援貅和钟耐世航开而始研究倦用瞬变秀电磁获法作为主悔要的探水手叔段；20奏05年赵撒永贵锹引进纪和试菜验美境国TRT法……国家送有关胳部门贸也进喊一步反重视桥有关肿研究税工作鸽：20杯03年-2买00盾5年“隧拌道施工洋时掌子宝面前方挤不良地序质预报钥瞬变电饱磁法研溜究”列选为陕西贷省交通阶科研项爹目。200门5年12月国暑家自似然科述学基乏金重丈点项而目“熟高压康大流悼量岩屿溶裂川隙水乞与不希良地堂质情链况超暗前预毒报和怎治理稼”课太题开软题。带超前从预报老部分汉物探练技术联以重渣点研参究开喘发陆地声虚纳法、瞬变旦电磁火法和探地雷仪达为主；200化7年6月，节国家脑高技沙术研伟究发自展计据划（863计划）飘的重大烤交通基纠础设施纤核心技情术“隧道施蓄工期大路涌水等畏地质灾哀害超前逝实时预绍报系统曲与装备熔”完成蛛招标审粉查，课誓题物探牺部分为陆地推声纳滋法、瞬变电怠磁法和复合艇激发榴极化浑法；200雹7年8月，慕国家自然科梁学基金玩装备专著项的“复合让激发鸟极化饺法仪经器和严设备轻研究”通过痛立项评唇审。以下的随介绍将榴围绕上表述课题骂的技术上方法。3种方粘法的同集成目标—不漏河掉一镇个重鸡大的饥地质究隐患集成的就方法：1.陆地不声纳经法：12毅0-禁15拔0m已远的圣断层、素破碎带住、溶洞招、暗河凭的探查猾、预报友并对他赤们的空伶间位置珍作较准但确定位起；判断摸较大出周水；2.瞬变电异磁法：80栏m左右远季含水体灯的探查学预报；3.复合式离激发极奏化法：秆约50m左右妨远，碍区分定自由享水和苦束缚叙水，缩慧涌水货量分赴级；使用撒物探遮方法亲解决隶岩土均工程普的难宁题，御首先鸡需要惭物探场和要换反映灰的地缸质问翻题间交的联口系，岔也常伸遇到侦是否蔽有未补解决长的地要质学远方面销的问传题需旨要去独突破杆。例如除大瑶何山隧词道发浩生了忧深部民的岩哑溶水厅涌水参，埋银深25补00苗m的锦肠屏二忠级电茅站隧妇洞也疲发生雅了深巩部的航岩溶轻水涌转水。而许多记长大膛隧道真和电衬厂房界都深尸埋地疲下，委岩溶断水和光裂隙小水有放无人蛛们未革注意蹲的规葡律？卖物探湿的地饭质预愁报的冒直接滴探查寄和间叮接探洋查应坐遵循吴什么疼技术鸣路线状？下面举廊例说明选有关研攀究工作斩。锦屏传二级饲电站述隧洞平岩溶令裂隙废水发凝育规澡律1地质构笋造因素可能钓发生厕涌水但的部普位分沙析：隧洞通滔过的断层呼及向订斜、怀背斜体核部；EW向和NN明E向结调构面斥是工据程区溜内地倘下水盘活动辩的重丛要通皆道；。2断裂性愈质及性盗质因素主要出榨水构造为NWW和NEE向的张盈扭性结洗构面，国尤其在惕埋藏浅醉部和背顷斜核部分。近EW向结轮构面相交处及EW向结氧构面百与层娇面相源交部翁位3岩性因索素4岩溶发击育因素可能发请生涌水备的前兆犹分析：由弱可恭溶岩进岔入强可睛溶岩的功边界部叔位时；导水构续造多数嗽集中发咱育在向终斜一翼减；当黑拌色岩苏体进要入白转色或那花斑繁状岩沉体时践；当隧洞映由渗、企滴水段霸进入线释状渗水各段时；风钻肢孔内伪出现辣浑水璃；当地温怀测值出默现比前品一点低醋时。深部卧岩溶昨裂隙恰发育体规律敏的新石认识1“在古循溶蚀您面标胜高以店下岩更溶将妄不发绞育”捎，这滨是人不们的律认识仇。但勤实践塔证明欣，如果谋汇水远标高各低于逢工程朋标高劝，在桥工程准施工敢范围狱就有对可能泪发育咽岩溶捧，其规谁模的射大小绿则与歇构造穿、岩摆性、蛇新构题造运书动发胶育和肯河流世切割喉有关鹅。在锦屏矛二级电书站，会虚遇到直诉径1m左右腐的溶固洞和及溶管焦，会狗遇到芒一些输小断仗层和然裂隙蠢溶蚀研产生部的涌病水、纺突泥搞。下表挽是20虹06年辅助精洞段部用分出水诵点的调演查统计乒资料，胳可以看渡到稍大晃一点的控出水大肆部都直蝇接与溶嗓蚀裂隙啊溶管有螺关。AK恶13准+8袍78涌水的轨溶管照爸片埋深20锈0m以上耕的锦施屏二轨级电梢站辅栽助洞漫东段AK1弊0+7东50等处又寸出现了捐溶蚀的到小断裂孙中充填敌的泥水芒突涌的众现象。镰涌泥体款的宽度中达3～5m。2涌水段郑不仅受淋控于岩接性、构都造与地繁下水动私力条件，而且回与岩石稍的成粗分和德构造费有关敬。即使岩颈性相同炸，成分较督复杂，风呈黑白贪相间条顾带状、据斑状的现大理岩是易产岂生岩溶裂陪隙水的歼段，成分机较单球一，猪纯色章的大紧理岩逆则裂浅隙水不发育易发生岩爆。3裂隙燥组中附发育寸小溶令洞、唐有一疾定宽予度溶德隙者是导引集杯中裂隙盒水，使这组甘裂隙发生较蹄大涌水餐。陆地袄声纳书法探大查资桐料中答反映脾，所罚探查袄到的多组邻裂隙暖中，晃存在彼小的她溶洞剑（那四怕直战径30～50c教m）或笑溶隙拐那组盲或二旧、三皆组，惧是大涌浑水的通道眠。这对蜡探查孤预报级岩溶彻裂隙腰大涌羞水指而出了含选用古方法乎、直忽接探额水和乔间接症探水暴相结糟合的着方向题和技冈术突葡破的鞋技术菠路线凳。锦屏二名级电站圾出口段AK饺12兄+9健00点-9称90小溶屯洞、宣溶隙尚导水对物探鹿预报手僻段的要顽求（1）综合候物探要菜达到的辨目标：应当车基本不遗漏掌子面碧前方及她周边至埋少1/计2隧道获跨度忌范围窝内的重大异隐患，包括免断层、念破碎带痕、强风透化岩脉屋、溶洞腿、溶管之、暗河川、溶槽隆溶沟、最大中涌配水体等里；预报括的地凝质体容空间定位漏要有医足够店的精岔度，误差菠应＜5%；要能对涌砌水量改作出忠定量庸或半朱定量姿的估忌算。因梯为施踩工需帆对于视小、附中、俯大涌相水分惩别制附定引酷排或殊超前盐注浆排堵水扮等方轰案，抽确定挤是否爆作水银平钻监孔及瓣其它肠措施;要能预报浅岩体博的破擦碎或朱完好腔情况。若隐围岩锤情况掌将有蜜突变湖，施廉工方督要作盟好施道工措烂施变蹄更预叶案，勺设计计方也岔要作导设计情的变降更，扮地质逐预报饿应从同资料趁方面腔给于晌必要狭的支垮援；要适应TB胸M（全断难面掘进看机）和钻简爆法的施旺工，TB敢M长达几倡十米，额机械占颤据了几例十米长兼的全部摩隧道空杏间，预题报手段拦要适应瓦其工作蜂方式。要少占主用开唱挖时牵间，后少干数扰施净工。隧道萌施工讲际求施工共速度，谨通常，峡单线铁永路隧道芳月开挖输可达20少0~穗25拖0m，双波车道礼公路自隧道飞月开尘挖可剪达100拘~15素0m，过催多地勇占用汉开挖贷时间俘，过还多地顿干扰瓣施工眠，将梨会影终响施材工方低与预烂报方拐的配敲合。对每一害种物探持方法的氏要求要有芽特长，在综蜘合物探通系统中伶要能独挡皮一面，例如叠弹性波蛙类方法僻主要要孙探查断凳层、破袜碎带、鹿溶洞等洲，并能码准确定值位，能摩对岩体赵破碎和风完整程循度给于附一定判描定；电成磁类方咏法主要扑探查含征水层；逐激发极杯化类方致法要能澡区分含夺水泥砂物、淤泥亩或自由益流动的执水，并牵判定涌吹水量。要探泊查一定论远的盐距离，与开挖谁速度相舌适应。一瓶般来雁讲，脏主力灿方法挡应能霞探查20位0m左右,预报10兼0m以上;预报特尤定目标例的方法淡，也应雀当探查50址m以远疫。要能较准确掘地作尝被探死查地校质体愿的空牙间定碑位。现场浇采集盒时间颜短，停止掌缸子面施良工工作盖不超过1小时基，对茂边墙烧施工城干扰棕不超博过2小时咸。1弹性凶波反悠射系将列方捐法预缺报方越法分崭析目前宽，弹愿性波扒反射企系列峰的方棉法，喘已投占入应堪用的火如地递震反杠射负掀视速予度法倡（隧捐道VSP）、刚陆地遣声纳斗法（梨极小愉偏移家距超仙宽频膏带弹庆性波点反射伶单道恭连续蹄剖面树）、贿水平胶声波刮法、TS委P、日本HSP、美嗽国提标出的TR粱T等，爪它们肺或在袭隧道伯边墙让钻孔坡设检锅波器蛙和用友炸药短爆炸弊激振,接收反容射波来撑探查,或在坊掌子摘面上虏用锤签击激攀振并价设检烫波器势接收培反射先波(陆地荐声纳肚法),在探鞋查断估层、庆破碎梁带、队岩脉领等方笛面，软都基番本上舌能作若为可妨投入粉实用坟的方情法应哈用。铅陆地粗声纳爪法还散可以常探查她单个厌的中潮小溶凡洞，宰在探贫查岩尤溶方网面发爆挥了痛作用台。它海们都绳能作100牲m或达150虏m以远的正预报。研各种反坛射法实律测得的滩是反射俱波的走眼时和反抚射波的辩时间曲欧线.为确裳定反罢射面台的距王离,需知隆道弹尸性波狂的波续速V，然违后按究公式L=V坡·t/稻2计算怒距离少。其裳中L为反射矩点的距南离t为测得泛的反射住波的走盆时但是侦当反片射面水不平赢行掌途子面躲时，屠这些煌方法逐却仅沟能测房诚出第没一个启反射数面以圾近岩木体的通波速同，尚叼测不秩出第2层、射第3层的岩愤体波速规。目前舌均用实叫测的第1层波肢速作车定量赌计算稠。因此，圆当预报糊距离较慨远时，叛对反射紧面的定金位误差两就较大惜。设法叹测量各咸层波速注，是要狐研究攻属克的课珠题。同州时，所罗测的反逮射面是灭与弹性积波射线浙垂直的杠面，而源不是掌退子面正愁前方的飘面，需宴要通过慨作图将昨所测面帖延伸到助隧道掌饶子面前同方。探苏测距离程越远，烧误差越载大，干园扰越多亮，错误用率越高班。隧道VSP、HS匀P等工革作原唯理示粱意图钻孔装药起爆采集TS旅P预报全过程一维嗓的测脆量得第不到裕反射正面3维的空爽间形态践，这样继定位只课能是概呼略的。情这是这雅些方法恐的弱点念。弹性波冤法中选忌择和继碌续发展洞陆地声摧纳法，饰这是有尾我国完争全自主电知识产鞋权的技风术和仪炭器、设抹备陆地声系纳法工杂作原色理示否意图陆地声导纳法是“陆倾上极设小偏盗移距超宽带弹性膜波反政射超汪短余饶震接壳收系衡统单不点连串续剖激面法毯”的简称完。是地震反驼射法的变唐种，吸舟收了水卸声法、抱探地雷响达、超疗声波法跑的某些监特点而扒形成了狐一个杂交的品种敞。不需打绞孔、不予需放炮陡，安全岩简便。1在隧道掌子疫面上设测蕉量剖面再，剖面痒上每30c按m左右肃设一婶测点，用锤击方舟式激发弹性波胃，在激币震点旁喜设检波派器接收幻玉被测物嘱体的反客射波，杆检波器究用黄油丑与岩面醋耦合。肌不然后彻将各测禽点的时赢间曲线拼成时做间剖面，根据同浑相轴和庄频谱解蓄释圈定断层、萌大节理飘、岩层侄分界面伴、岩脉简、涌水普层、溶示洞等不且良地质渠体，为确定欠反射体宁的空间咬位置，通常布辈置水平稍和铅垂钻的两条畏测线;2用锤李激震躲源以捎及检绕波器裹和仪茂器结北合，悟可激领发和戒接收荐从10H话z～400换0Hz的波，俗然后可坑通过分窗友口带埋通滤鸽波提轻取不含同频境段的涌反射烘波，高频段妖的反射消波可反颜映薄层映和大节后理等和阵小溶洞绒，低频趣段的反嘉射波可虎反映较明大的断殖层、较合厚的岩接脉、岩幅层和大触溶洞，白通过不查同频段窄反射的绪图象对邀比，可旋以分辨盖不同的淘不良地筐质体；3作为极箭小震-检距的随方法，够反射波周是续至谎波，故可避开咬直达波丢、声波骑、面波符的干扰，而搬且不子仅可吐探查艳断层业等近渐似平吼面型想的物蒸体，渴还可探查溶测洞等有描限大小扯地质体；由塑于全项信息电的采你集，沃还可根据匠频谱左测出冒断层帅影响鞠破碎劫带的范围尊。弹性左波类安方法劫有较外高的费定位竹定量流精度刮，波抚速可祸以和走岩体列完整涂程度绍和密津度相阶联系员，探其测距斗离较犹长。忍但反寨射类绝方法徐波的渴反射肌点，但通常泥都不枯在掌华子面葬正前廊方，惊作时伍深转遮化后果得到惰的是漏测点配到反怖射面狐的距至离，枪要作五偏移倾，才吓能准到确确巷定反汤射体诞的空未间位薯置。阵目前观的问敬题是再，如爹何提晌高定住位精舍度。定位精盗度的第1个关鞠键参苏数是波速。目前大赚部分弹减性波反利射类方误法都是滴在隧道芝边墙利雀用折射驾波法测第一个主反射帝面以近蛾岩体的梅波速。称当反射配面不平辩行掌子积面时,便得拍不到草第2层、第3层岩体船波速。盲一般来墨讲，只佛有测点厕在三维棋空间布绝置，才为能实测傲并解出科各层波评速并对迈反射面财的空间茄位置较居正确定培位。例如陆地声器纳法,将边墙兵测波速保的小折毫射波测跃点改成几个零渠震-检距的测误点，罩即可条和掌归子面塘上原蠢布置坏的水设平和直铅垂滤向剖抱面上捉的测饲点结订合,根据毁测得邻的反暂射时通过迭岂代求出各邮层波速灶，或通过3维建成模计算解释算出波奔速及各甘反射面诞空间参石数。陆地声穿纳法在答掌子面惨上布置贺水平和凳铅垂向夸测线各绑一条，欠作反射国面的空鲜间定位顾：水平向锐的剖面犹可反映脾反射面少和水平旋测线的韵夹角，厘可计算盆其走向铅垂向恼剖面可肿反映反躺射面的仅倾向、划倾角复杂介晃质中传鼻播规律——正演数属值模拟模型数值和模拟但图像模型数值模滔拟图像模型数值模柳拟图像模型数值岁模拟纯图像模型数值模逆拟图像云台山责隧道“关绪门断案层”预府探第一次卸探查在DK8罗6+5牙20掌子面虹上进行绣，第二惭次在+52仇4掌子面典上进行触，各设怜水平及涉铅垂向小测线一餐条，陆来地声纳阿法现场传采集每毯次用时40分钟左右部。预昏报在腔掌子屑面前期方40m内未见伞主干断宏层及破占碎带，但有旨几条较睡大节理握或小断桐层。隧案道掘进预时在大僵节理或酿小断层珍处均发训生拱部反坍方，变更果设计降低了谨围岩级挑别。第三付、四趟次探声查在DK8杜6+5肯34和+55鲜1进行而，在跟掌子谨面上油分别代设了递长4m的水平胸测线和吼长2m的铅惹垂向欢测线庭各一纽奉条，去每次熟现场肤采集度用时胆约40分钟。昆这次预王报给出认了主紫干断蓄层在诉隧道加中出添露的碍里程特和产掀状、剃厚度币，并杨查出治了宽怕约20m的断列层影墙响破姿碎带露的出址露位焰置。这是资因为破付碎带中眯岩体节节理密度鞋明显加每大，岩瘦块块体五小，对疮高频波歪散射严异重所致腾，这是牵破碎带捉的典型阔特征之风一。云台山蹄隧道DK犯86谣+5堤34掌子猎面陆质地声魄纳法杯地质造预报岭图潭峪沟划隧道断层破押碎带的掌子个面前方银预报德胜口第隧道ZK哄34帆+1御13掌子为面陆启地声承纳时怎间剖兰面所做的乘预报结蓬果及开腹挖后断吐层实测狸情况200逮9年2月18日，德伞胜口隧拆道左洞ZK3叠4+7凳10～+7虑16，施工队厚未做初桨喷，在墓架设钢室拱架时落石造成1死3伤。此嘉处为妻交叉寒小断哲层处垄，20预08年12月29日预拳报100米外热的ZK吸34晶+7按13前后有台交叉断源层，并督特别提快醒+7亩10前后应拨特别注绑意。工悠程处理篇讨论会朴上，业如主方负志责人强抄调，预抽报已特膛别指明恼了此处焦是危险乓位置，胡今后施假工方应关认真对览待预报泛报告。锦屏挎二级亏电站2#引水洞K13声+18澡6预报及差开挖后隔实测反半馈为进部一步厘解决次各层酒波速渣测定陷及所享测反报射面闷计算讽成图静问题色，在案测波撇速专骡利基鱼础上良，设代计了强通过破掌子瞒面上拥和边柴墙上英陆地俩声纳舰测量嫂的若敢干测蹦点测衰的资记料利荣用解举析几洲何中拼空间必点和霜平面齿关系脚的公茧式构臣建多徒元非傍线性留方程成组，蒜获得棕数学脚模型习，解挪算出絮波速萌和反蜡射面缓空间汪位置拆。经2届研究照生论文枣已在给顿定的已返知数据梁情况下谢通过。陆地词声纳努法预画报理贱论研能究——波速话唯一己解建钢模……下略陆地劈燕声纳得法探偏查溶贿洞陆地猾声纳恋使用级的宽稠高频茂带，籍对溶叹洞的棚反映璃很突仆出，直径泄１贯～２m的溶斜洞，席凹凸街不平茎的大窝溶洞俘和暗旺河壁躲反射潮波的峰优势价频段衣为100赴0Hz～３000奖Hz，正是沃陆地声胀纳的最笛佳工作伤频段。南昆垫铁路那羊寨辉基岩瞒出露永测区链岩溶泡探查（0-糠10知0m弃)高速公荷路路基纯下溶洞双探查沪蓉西粘十里排督测线6的陆地德声纳时米间剖面（圈落定标所注者德为溶桌洞反纵射的墓双曲刮线图蛇像）南昆铁蚂路铝厂浴隧道出垃口端断层、坛溶洞等不良通地质预胀报宜万铁扭路八字钱岭隧献道岩溶溶写槽的地质预筐报沪蓉西雅高速公俭路齐岳采山隧道右洞暗河测线从右边婆已爆破揭仪露了唯暗影河，可摔观察到沪蓉西声高速公济路齐岳洽山隧道左洞暗河预报暗固河前壁误差2-射-3敲m溶洞烫位置害吻合齐岳山熔隧道进腾口右洞ZK3摊26+除250前后右低墙角爆程破揭露崖的暗河惨一角反映浮暗河拴的频侄谱销反酸映暗虑河和父溶洞季时的喂频谱大岭裂后隧盛道85驰m以远担宽30带-5中0c医m的小溶乱洞或溶冤蚀缝的则探查预溪报探查预阿报的９０m以远治宽30c茅m左右的小溶盯洞在掌苍子面上喊被揭露件照片岩溶裂蜘隙水的大涌勉水，散许多司与中井小溶漏洞、火溶隙漆、溶想管有伴关，它们晃可以形沈成集水闷的小室唐，导引感地下水彩经过它坚顺某组吩张性裂旦隙或形旦成溶管帮涌出，递锦屏即旨为一例句。因此陶探查中先小溶洞叼、溶隙浅、溶管眠是预报谦涌水的溜重要内款容之一谱。锦屏温二级欧电站燥辅助汇洞出撒口A洞A1丘3+榆58孙5向进口被方向探驳查（A、B洞已开干挖出水厘点位置拔已知）导水岩汗溶裂隙构及导水辜的小溶妻洞、溶懒隙的探者查某样测秩点蓄的赠频护谱凶分竿析庸曲助线是（轨溶洞还和溶晨隙最陵佳反祝射频崖率100侍0—3绩000饮Hz)锦屏二障级电站铁辅助洞AK1算2+7仙85已知暂条件辣下的趣实测惕实验实测怒点附击近导江水和绕涌水猴小溶驼洞、双溶隙LD师S-睁1（20皂06年前产弱）LDS壮-3冻(20父07年产)研究工屡作还在郊进展中姐。如同齿时采集庭纵、横奔波，现巾场试验裤已采集沿分离了发纵、横阀波，尚邪待进一冲步工作。瞬变电俗磁法－惑探水的耍主要方佣法，目乡丰标－前哀方６０净－８０m瞬变段电磁捏法探戚查掌美子面驶前方卡水层朽原理闹示意猜图瞬变咸电磁滋法是添通过驻掌子叹面前楼的一蛇个大器线圈床产生逆电磁程波，覆含水盐层受裤此电颂磁波鼠感应洽产生挺感应拦涡流寨，感喝应涡泻流产泼生感队应电冤磁场掩，在年掌子帜面上夜的探宇头接滚收，布在剖抖面图棋上呈扬现低耳电阻斯反映。工作杯：隧扰道中羊３维折空间醋的正旷演及前反演斯研究仪器及腿发射系骡统改进现场可试验干扰因喝素的研雹究1理论研顷究1）等铜效导俯电平烤面成执像方遍法研翠究2）数值模耳拟计算3）适合冻隧道超垃前地质撞预报的壮瞬变电列磁工作责方法技布术研究4）隧藏道影安响校应正方蛛法5）现碑场实升测试鸭验1）等吧效导戚电平隆面成室像方亚法研欢究由于吵隧道饭内的服全空冈间的副环境犬不同尊于地炒面的拆半空匪间情覆况，览因此索隧道赚中的兆探测这方法队不能升照搬镜地面染方法循，必捧须采豪用全型空间雪条件盲下的刻理论税和方苦法。寇目前歉在瞬黑变电危磁法匪中，才等效孤导电侍平面盆法是始建立色在全俩空间便理论条基础湖上的施。另潜外，鸟视纵程向电名导对令低阻寻导电仆薄层溜反应读灵敏迈，有匪利于枣探测横低阻茅充水迟断层翁。因习此，龙本文栽将等脏效导忙电平译面法马引入裳到隧添道的叠超前除预报牺探测蜓中。等效导炊电平面喜解释法梅是根据位视纵向撑电导曲屡线的特巧征值直缠观地划柏分地层欧的一种柄近似解觉释方法落，因此态又称“朵视纵向惠电导解仙释法”谷。由于响该方法璃可以形默象地理批解为：牌随着t的增减醋，等效唇导电平柄面以1/μ0σ速度浑上下姿“浮卷动”却，故黎又称技为“抗浮动宁薄板贱解释琴法”妈。设在隧掩道掌子晋面上有胜圆形回巧线，其丙中通以氏阶跃电菠流，并僻在t=0时刻劳断开揭电源榜：则在t≥0时，麻掌子尼面前啄方产携生涡成旋电恭流，旷在地表表任府一点故便可沉观测成到由宣此涡奋流产躲生的觉电磁黎场。孕根据漂电磁蚁理论势，可限用一朽导电信平面箭来代翼替掌累子面值前方迷均匀眉介质肺，然苍后用任镜像示法可但发方衡便地劝求出水空间市任一亏点的徒感应银电磁拨场。设A为一勉完全汤导电湾平面尘，面斧电导运率为拖，其还上方符高处家有一翁半径薯为的鸣圆形脸回线键，其铁中电筐流强法度为灰。当电密源断怨开时献，由爆于电息磁感吵应，存导电蹦板A上产生饲涡流，吴为求出勺涡流产易生的电琴磁场，阿在A前方处射，置一跳虚源代占替导电们平面板减中的涡宵流，因已此只需恋求出虚爱源在空输间任一驰点产生叠的电磁鼓场即可腰。根据娱电磁起场理伞论，穴引入严矢势朽，则堪导电会板内蜡任一祸点的恶电磁滑强度狠为则在t≥0时，掌趋子面前张方产生释涡旋电评流，在易地表任闯一点便暴可观测嚷到由此郑涡流产焦生的电港磁场。饺根据电尾磁理论尸，可用康一导电吐平面来纲代替掌擦子面前屈方均匀奥介质，匙然后用干镜像法撑可发方模便地求迁出空间城任一点沈的感应角电磁场兆。设A为一完识全导电吵平面，促面电导炉率为，适其上方骄高处有障一半径查为的圆哗形回线帜，其中肃电流强号度为。当电源递断开时巴，由于悄电磁感凉应，导饶电板A上产生抓涡流，庄为求出厉涡流产淹生的电吩磁场，混在A前方处枯，置一亩虚源代爽替导电位平面板罗中的涡刚流，因昼此只需细求出虚次源在空须间任一闲点产生绒的电磁目场即可映。得在层啄状介适质情缸况下纳，推铸出视识纵向洞电导促和视钞深度谜，其饰中为尝实测冬值，肆，市，为唯发射衣回线稠半径海，为胀发射挣电流邻。于是引群入辅助集函数（1）又有可得（2）值提私取可猴由(1)式和（2）式构短成的目超标函数居取极小子求得最虏优解来逐获取。综上蚂所示惯，求假取视财纵向莫电导咳曲线干的具往体步车骤为希：(1嘉)首先求舟得赌实测曲穴线和它屯的时间蚊导数曲万线投；(2)把葵和坡代贪入(1秘)式，馆求得光辅助题函数姿；(3咽)再由舟值计算换对应的华值阀；(4刚)由漏求垮得谱，再代鼠入视纵题向电导婚的表达殃式，求脊得客的值卖。(5)对于一真系列粘值抢，再利穷用视深控度的表姥达式便络可得到徒曲线羞。(6获)进行微旋分成像轰，即求缎曲吃线的二煮次导数饿曲线誓，画出衔该曲线愉与视深动度的变铸化规律巧。由于屿曲线帐对视第深度内的高闪灵敏久性，贵它可怎在较当早的笋时间斧范围孟内，净以较命高的驳灵敏隐度和连信噪颜比将金电性脖分界晨面分篮辨得租很详讨细，禁而且担深层回位电倡性特敲征也较能在鲁晚期邻部分念得到匙反映染。长凼尿子隧签道瞬嫌变电蔽磁法崭探水锦屏悠二级液电站阁辅助竟洞表5.青2瞬变舱电磁电超前王地质涂预报料效果念统计俘表测线位炭置TE境M推断结汁果钢开先挖结果A洞掌子浑面AK1党1+843AK存11抬+82宵2，充絮水裂昏隙AK旧11蛋+820，充水强裂隙AK核11括+812，充水案裂隙AK1则1+81侧0，充兆水裂俭隙AK阀11冠+80乓6，充近水裂便隙AK1晓1+805，充水营裂隙AK军11部+79谅3，充罗水裂挤隙AK1两1+790，充疏水裂死隙A洞掌子拔面AK1境1+4邪47短AK1半1+44量2，充白水裂是隙AK1狭1+445，充水流裂隙A洞掌盏子面静（里悔程AK包11辽+8逮43）视电换阻率乱断面布等值躺线图作视纵母向电杠导微弹分成酒像图视电妖阻率谎异常竿三维谣体成免像图A洞掌柴子面拘（里丑程AK1才1+4休47）横通蝴道(7-投2#)瞬变电兼磁多测侦道图可以们看出乎，在亡整体魔的晚眼期时唇间道姜上，袋所有身点多影测道旨线均呈养现出愿衰减驾变缓冒慢的恨趋势嗽，因昆此在察测线植前方蜜预报症距离内坏后段糟的视头电阻烘率会栏较低跃。视纵向嚼电导微分成萍像图视电阻婶率断面领等值线龟图探地皱雷达探地雷愧达是目瓶前隧道黑地质预秧报探水箱的最主喘要手段铸。1探地搞雷达娃探水精的优鸽势探地雷翁达是用预发射天昌线向岩船体发射哑有一定抛宽度的勤高频电籍磁波，尽岩体中抱的介质挨因介电挤常数ε的不同途而反射赖雷达波太被接收侄天线接念收。介杯电常数且差是雷领达工作拔的基础揪。空气游的介电临常数为1，岩石凑的介电姥常数为4～20，水喇的介涂电常箩数为81，水鄙的电换导率肺远高旱于灰抢岩、新砂岩界等岩泽石，达因而急探地姨雷达委对水慕有特扒别的拐敏感霉性。低但是痕至今恼未有辽人从醋理论陡上作呢系统登研究跟，在拥隧道写地质辆预报静实践替中大惨部分吐工作涂者未修能成霉功应反用。饲因此六解决赵有关溪理论亦和实哀践问仿题列详为本办课题叼的任誓务之胜一。杏经过协理论倒推导晴得到鸦以下闯结论剖：判水原帽则①雷达摘波对红水和急含水找率高章的介枯质的粥反射把强烈递，反射波强妨度大；②雷达棋波从腾其它套介质夜到含控水层哭界面春的反协射波友相位姓与芽入射局波相壁反;③雷达波窜通过含配水体后袭，高频雁成分被华吸收，剖反射波烦的优势奋频率降怨低.（1）雷达逐波通过蹄含水体患后，高沟频成分兴被吸收只，

反碗射波的中优势频网率降低附。电磁笔场由盒麦克胜斯韦巧方程独来描哨述并燥包括挣电荷外守衡像方程佛以及绸场量赌与介灭质关誓系的萝本构旺方程▽×H=J＋D/挥t和融▽·J爆=-ρ/莲t▽×E=寨-轮B/届tD懒=εE▽·B量=0B=μH▽·D=0J瞧=σeE＋J′其中ε为介质缩慧的介电节常数μ为介石质的梁导磁侨率σe为介质勺的电导躁率若介财质为厉均匀猜、线阳性、都各向忆同性宴，则猴▽×H=（σe+jμε）E=jω(释ε-jσe/ω)E=jω姓εE电场牢和磁裹场满附足波宪动方怎程▽2E（r）+k2E（r）=0因此滤，无浆界均坊匀有访耗介辞质中觉的电翼磁波烂的电裤场表绍达式如为E（r）=E0e-尸jKr其中K=β-jαα为衰呼减系陕数β为相皆位常已数若假设粥介质介脉电常数慕和电导段率均为凳实数则α=ω帖(με辰)1/2｛｛[1+（σe/με）2］1/条2]-1｝/2｝1/惯2β=ω(誓με)1/填2｛｛[1+（σe/μ协ε）2］1/2]锤+1｝/2｝1/天2当σe/ω泉μ<<已1，即电导柏率σe很小死时α≈σe（μ/迷ε）1/2/2衰减孙系数驶与σe成正比康，与ε1/2成反比刺；水的电纯导率大,衰减跪系数朱大；‘当σe/ωε>>封1，即电导跌率σe很大时α≈（σeωμ）1/驼2/2衰减系摘数与σe及频锅率f成正相筐关，频率垮高的赖成分探衰减霸系数停大；可见巴，雷血达波快通过良含水姿体后抵，高频钓成分据被吸成收，罢反射刻波的飘优势阴频率穷降低锋。（2）雷粪达波悦对水扰和含他水率亏高的崭介质军的反密射强赔烈，万反射侧波强等度大有耗媒脖质中α=｛-ω2εμ悄+［ω4ε2μ2+ω2μ2σ2］1/2｝1/2/2=观ω（ε0μ）1/2｛［εr2+（60植λ0σ）1/述2］/2｝其中λ0为雷达嫌波在空方气中的签波长,λ0=c狡/f休=2π意c/ωc为雷达观波在空罚气中的迫波速，或等于光敞速。波阻抗Zc=(颈μ/晕εK)1/2=［μ/纪ε0(εr-j浪60遍λ0σ）1/2］1/扎2在弱腰耗媒符质中层（εr>>60λ0σ）α=ω（ε0μ）1/堤2(30λ0σ/奋εr）1/判2入射波顿的电场Ei=E0iej拍(ωt–k秀r)反射迎波的沈电场Er=E0rej贵(ωt–攻k挪r)雷达波讽是横波赤，垂直折入射到通反射面ki﹒r价=kr﹒rEi﹒ki=0Er﹒kr=0ZC1/ZC2=n2/n1其中n1=（ε1μ）1/朽2n2=（ε2μ）1/耕2入射波抖与反射泼波的电度场之比Ei/Er=称(Zc2－Zc1)/淋(万Zc2＋Zc1)=（n1－n2）/（n1＋n2）设功率兰反射系被数R诉=息(Ei/Er)2对高清电阻打介质,在从介德电常数鞋为ε1的介质渡向介电采常数为ε2的介质提垂直入穷射情况娃下,因εr>>60λ0σ，R=（ε11/2－ε21/2）/（ε11/2＋ε21/2）即：介瘦电常数栋差别越跳大,反射系烈数越大,反射波榆强度越报大,水的延介电袜常数熄远大雷与岩元石,因此雷向达波的阔反射强革烈。对高电镰导率(低电阻盖率)介质,εr<<60λ0σ，α≈凑β≈灰ω（μ0σ)1/2(3僚0λ0σ/εr）1/2波阻彻抗Zc=(山μ/εk)1/贪2=［μ/－jσ毛/ω］1/2=(ωμ罢/σ）1/华2ejπ/4在从叶电导沸率为σ1的介致质向遮介电窄常数父为σ2的介质碍垂直入辱射情况感下,反射系说数R=［（n1－n2）2＋(c枪α2/ω)2］/［（n1＋n2）2＋(c省α2/ω属)2］α2≈楚β2≈(薄ωμ0σ/2)1/柱2n2=抖cβ2/ω姥≈c膛α2/ω盒≈锡c弃(μ0σ/2块ω)1/2>>1R渡=［（n1－n2）2＋n22］/［（n1＋n2）2＋n22］=［1+(壮1-皂n1/n2)2］/［1+税(1贿+绕n1/n2)2］若n1<<舌n2则R饺≈［2-听2（n1/n2)］/［2+2脚(n1/n2)］≈1-腾2（n1/n2)即电导幅率差别王越大,反射系俗数越大,反射知波强调度越梢大，吧约接卖近1。水怎的电丘导率随远大坟与岩敲石,因此雷控达波的雾反射强悔烈。（3）雷待达波汇从其堪它介厕质到挑含水今层界灰面的定反射肿波相谋位与候入射艰波相昏反实际室上，穷从Ei/Er=（n1－n2）/（n1＋n2）=(赞Zc2－Zc1架)/绞(Zc2＋Zc1)即可看扬出，当片波从高蔑阻抗向劲低阻抗肺入射时银，Zc营2合﹥Z光c1，Ei与Er正负符轰号相同;而反莲射波Ei与入射贼波Er方向相掩反，因砖此二者售的相位感必相反躺。所以屠反射波电电场Er与入出射波净电场Ei间有18荣00的相妥位差厨。这些好是含呢水层傅反射甩雷达葬波的重要正筐演概念兰，是分疮析和解释含水顺层反射涂信号的网基本原则。隧道摸衬砌摊检测碍时地负下水炭的反谁映锦屏二纳级电站搂辅助洞美已知条祖件下的榜实测实令验频谱分疮析曲线锦屏二迎级电站亏辅助洞语出口段A洞选择普有裂芹隙水岭的边调墙作红探查拣，岩丛溶裂脾隙水屑有明芬显的厕反映告，主进要依吧据是末强反肢射和龟反射恰波正阻半周啦在前矛，与倦雷达舒入射孝子波笋负半招周在咬前相软反。AK冻12井+9腊00前后左燃边墙雷毕达探水蓄时间剖遥面AK1刊1+4炸47掌子面形雷达探疲水时间雁剖面（证经开挖悬证实）［例］锦屏欠二级洲电站泽辅助锤洞进口袖段1k刺m前后届，雷笑达曾完多次竟预报莲地下闸水，跌主要旷依据创是强慎反射御和反浸射波鸭正半电周（很或负器半周唐）在伏前，楼与雷仰达入害射子从波负劈燕半周贸（或而正半屿周）敞在前烛相反芝；同宁时不揉同深蛮度的匆水的晓反映绩，均向沿同粮一组钉节理传或小您断裂婶。预居报得押到开唇挖的电证实象。但遣其中购一处渡，在撑预报暂里程思开挖讲后未巾见地乖下水欣。可羞是在葬边墙唉钻孔细时，贿钻进1～2m拢,孔中毫即有利股水喜涌出巷，而耗反应旗此处岛的雷钓达时皇间剖脆面反减映的桶强负司半周永的反能射同叠相轴袖正好好在剖已面的筑两测阵。每庆次探欧查预与报约15m。（入射挑波为负殿半周在民前）（椭夜圆圈孟定标钟示者姿为水所的反芳映，晃色标饱表示汗为：拢正半婚周为拳红色润等暖刷色系蜓列，榨负半槽周为佛兰色尊等冷抹色系娱列）［例］北京毙地铁烘鸟巢先段掌缎子面神前方章含水伸砂层烂的探谱查。咱含良水砂跑层易凤导致率开挖氧时的若坍垮兔。由于拖雷达德发射私子波茧是负欢半周毅在前浮，故足含水滋砂层嘱的强唐反射部波反冒相以爹后为僚正半滚周在伤前。科预报分距离揉约15m。预报努结果经会开挖证刷实。雷达做落掌子面状前方水孕的预报接，完成挡了理论努问题的冲研究，室已知条障件下的国实测对云比，提露出了现付场采集遗的注意誉事项，赢并进行繁了预报期实践。瞬变电雹磁法与闯陆地声乘纳综合嫩探查陆地悲声纳缠与探坐地雷梳达组发合探适查预浑报小哪溶洞甩、溶湾隙及谈出水责位置锦屏二仪级电站港辅助洞AK吉10拢+7稠30搅--颈+7古62隧底下猾方岩溶老发育情笔况的探护查测线1瞬变电据磁法视盖电阻率呆剖面锦屏之二级淹电站2#引水洞傍陆地声圣纳和雷解达预报阵掌子面闭前方涌半水区分束怠缚水和剂自由水蹦的复合哗式激发吃激化法国家863项目和栏国家自占然科学乞基金装俯备专项悲支持这是塑用于挤隧道罩掌子云面前梦方含帆水体矮水量继预测给方法——二电跑流激象发极概化半轨衰时篮之差络法(简称侵半衰缠时之赖差法)。该校方法剑以定胶点源模三极尼法或累二极使法为午测量牙装置部，向劲地下茄供入扑大小厨两种器电流塞，将扯大电胡流作苍用下题的二角次场煎半衰葡时减出去小轻电流袄作用亮下的旷二次搭场半胃衰时砍得到邪的差爹值即榜为半发衰时团之差嫌。绘抵制半医衰时辈之差恢随AM的变龄化曲恳线。晓对于泼含束绒缚水竿或者嘱不含同水的计地质堡体，灭半衰彻时之喂差应苦为负远值或创零；乡丰对于岁自由慨含水叨体半盘衰时渠之差霞应为屈正值篮，且阿水量君与半尘衰时衰之差弯与横舒轴的吵包络泳面积缺呈正叉相关神关系渴。视极角化率奋正演粉数据模型值试验三峡翻来坝公路阵鸡公岭叔隧道预后报实践三峡劝翻坝杀公路