本發(fā)明涉及隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)領(lǐng)域，尤其涉及一種近全方位電阻率隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方法。

背景技術(shù)：

隨著社會(huì)的發(fā)展，隧道工程越來(lái)越多，隧道的施工安全越來(lái)越受到人們的重視。隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)在隧道施工過程中是必不可少的，它可幫助施工人員了解隧道施工方向的地質(zhì)情況，從而決定施工方式，保證隧道施工的安全性和效率。但在隧道施工過程中，有時(shí)候雖然開展了相應(yīng)的超前預(yù)報(bào)，但由于掌子面前方地質(zhì)情況的復(fù)雜性，仍然會(huì)發(fā)生災(zāi)害事故，比如突水、突泥和塌方等。因此，隧道超前預(yù)報(bào)方法還需開展進(jìn)一步的深入研究。

目前的隧道超前預(yù)報(bào)方法大多情況下只是預(yù)報(bào)掌子面前方一個(gè)比較狹窄的空間，但在隧道的掘進(jìn)過程中，除了掌子面前方的不良地質(zhì)會(huì)對(duì)掘進(jìn)有影響外，掌子面上下左右一定范圍內(nèi)如果存在不良地質(zhì)，這對(duì)隧道的安全肯定也是一個(gè)隱患，當(dāng)然，處在這樣一種位置上的隱患同樣也可能會(huì)導(dǎo)致相應(yīng)的災(zāi)害發(fā)生，即便在隧道挖掘過程沒有發(fā)生，也會(huì)危及到隧道的后期運(yùn)營(yíng)安全。但如果能提前探測(cè)到掌子面上下左右方向的不良地質(zhì)體，在隧道的建設(shè)過程中就可以采取相應(yīng)的措施進(jìn)行處理，最大程度杜絕不必要的地質(zhì)災(zāi)害事故發(fā)生。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了解決上述問題，提出了一種近全方位電阻率隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方法，本發(fā)明對(duì)現(xiàn)有隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方法一次補(bǔ)充完善和提高，可實(shí)現(xiàn)掌子面不同方位圍巖中不良地質(zhì)體的定位和識(shí)別，增加了隧道超前預(yù)報(bào)范圍，獲得了更為豐富的地質(zhì)信息，同時(shí)大大提高了超前預(yù)報(bào)或探測(cè)效率。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種近全方位電阻率隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方法，包括以下步驟：

(1)在隧道內(nèi)選定若干條相互平行的測(cè)線，各測(cè)線均固定供電電極A作為點(diǎn)電源，三條測(cè)線的點(diǎn)電源A均要求緊貼掌子面，B極則放置在相對(duì)無(wú)窮遠(yuǎn)處；

(2)依次對(duì)每條測(cè)線進(jìn)行測(cè)量，采集多個(gè)測(cè)點(diǎn)的測(cè)量電極之間的電位差測(cè)量；

(3)根據(jù)測(cè)量的電位計(jì)算每一個(gè)視電阻率值，并標(biāo)注與之對(duì)應(yīng)的測(cè)點(diǎn)位置，獲得視電阻率-極距曲線關(guān)系圖，對(duì)視電阻率值有明顯變化的測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)位置進(jìn)行測(cè)深反演，得到真電阻率-深度圖；

(4)真電阻率-深度圖中確定深度，以各個(gè)測(cè)線的點(diǎn)電源為圓心，以深度為半徑，畫出等深圓，各個(gè)測(cè)線的等深圓共同交點(diǎn)處確定為不良地質(zhì)體的精確位置。

所述步驟(1)中，測(cè)線至少為兩條。

所述步驟(1)中，設(shè)置三條測(cè)線分別為第一測(cè)線、第二測(cè)線和第三測(cè)線，以面向隧道掌子面的方向?yàn)檎较?，第一測(cè)線在隧道的底板左側(cè)，第二測(cè)線在隧道的拱頂頂部，第三測(cè)線在隧道的底板右側(cè)。

優(yōu)選的，第二測(cè)線可替換放置于在隧道的底板中間。

所述步驟(2)中，在保持測(cè)量電極M、N間距不變前提下，電極M、N按照遠(yuǎn)離點(diǎn)電源A的方向，同時(shí)移動(dòng)相同距離，每移動(dòng)一次，對(duì)M、N之間的電位差測(cè)量一次，標(biāo)記為一個(gè)測(cè)點(diǎn)。

所述步驟(2)中，計(jì)算每次測(cè)量對(duì)應(yīng)測(cè)點(diǎn)的視電阻率值：

其中，ΔU測(cè)量電極M、N的電位差，I為供電電流，K為裝置系數(shù):

O為測(cè)點(diǎn)，位于電極M、N的中點(diǎn)，OA是表示記錄點(diǎn)O到點(diǎn)電源A的距離；MN為測(cè)量電極M和測(cè)量電極N之間的距離。

所述步驟(3)中，根據(jù)得到的每一個(gè)視電阻率值以及與之對(duì)應(yīng)的測(cè)點(diǎn)位置，獲得視電阻率-極距OA曲線關(guān)系圖，其中O為測(cè)量電極M、N的中點(diǎn)，若某點(diǎn)的視電阻率值有明顯變化，則測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)位置處可能有不良地質(zhì)體，對(duì)該點(diǎn)進(jìn)行測(cè)深反演，得到真電阻率-深度圖，并根據(jù)真電阻率-深度圖中得出不良地質(zhì)體的深度，以點(diǎn)電源為圓心，以不良地質(zhì)體深度為半徑，畫出等深圓，不良地質(zhì)體便在此圓的某一點(diǎn)處。

所述步驟(4)中，對(duì)每條測(cè)線均制視電阻率-極距圖，并由測(cè)深反演得到真電阻率-深度圖，以點(diǎn)電源為圓心，以不良地質(zhì)體深度為半徑，畫出等深圓。

所述步驟(4)中，若有多組電阻率值有明顯變化的測(cè)點(diǎn)，表示為有多組不良地質(zhì)體的存在，以點(diǎn)電源為圓心，以多個(gè)不良地質(zhì)體深度為半徑，畫出相對(duì)應(yīng)的多個(gè)等深圓，不同的不良地質(zhì)體便在各個(gè)測(cè)線的等深圓的交點(diǎn)處。

本發(fā)明的有益效果為：

可有效地對(duì)不良地質(zhì)體(例如溶洞、破碎帶等)進(jìn)行較為精確的識(shí)別和定位，減少隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)錯(cuò)誤率。該方法不僅可做掌子面前方的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，還可預(yù)測(cè)隧道兩側(cè)和上下的地質(zhì)體情況，確保隧道施工過程中所有方向的圍巖都處于安全狀態(tài)；總的而言，近全方位電阻率隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方法具有預(yù)報(bào)范圍大，現(xiàn)場(chǎng)操作簡(jiǎn)單，效率高，效果好等優(yōu)點(diǎn)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中近全方位電阻率隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方法的流程圖。

圖2是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中近全方位電阻率隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方法在隧道內(nèi)測(cè)線布置的正面示意圖。

圖3是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中隧道內(nèi)由三個(gè)等深圓精確定位不良地質(zhì)體的示意圖。

圖4是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中測(cè)線得到的視電阻率-測(cè)點(diǎn)位置示意圖。

圖5是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中測(cè)線經(jīng)測(cè)深反演得到的真電阻率-深度示意圖。

圖6是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中復(fù)雜地質(zhì)隧道內(nèi)由等深圓精確定位多個(gè)不良地質(zhì)體的示意圖。

其中：1、測(cè)線1，2、測(cè)線2，3、測(cè)線3，4、點(diǎn)電源A，5、測(cè)量電極M，6、測(cè)量電極N，7、掌子面，8、等深圓1，9、等深圓2，10、等深圓3，11、不良地質(zhì)體，12、O點(diǎn)。

具體實(shí)施方式：

下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

實(shí)施例1：

(1)在隧道內(nèi)選定三條相互平行的測(cè)線，測(cè)線1(1)、測(cè)線2(2)、測(cè)線3(3)，以面向隧道掌子面(7)的方向?yàn)檎较?，測(cè)線1(1)在隧道的底板左側(cè)，測(cè)線2(2)在隧道的拱頂頂部(也可以在底板中間，但最好放在拱頂)，測(cè)線3(3)在隧道的底板右側(cè)，各測(cè)線均固定供電電極A作為點(diǎn)電源(4)，三條測(cè)線的點(diǎn)電源A(4)均要求緊貼掌子面(7)，B極則放置在相對(duì)無(wú)窮遠(yuǎn)處。

(2)首先對(duì)測(cè)線1(1)進(jìn)行測(cè)量，在保持測(cè)量電極M(5)、N(6)間距不變前提下，電極M(5)、N(6)按照遠(yuǎn)離點(diǎn)電源A(4)的方向，(遠(yuǎn)離掌子面(7)方向)同時(shí)移動(dòng)相同距離(也稱點(diǎn)距)，每移動(dòng)一次，對(duì)M(5)、N(6)之間的電位差測(cè)量一次。由于供電電流已知，根據(jù)公式(1.1)便可計(jì)算每次測(cè)量對(duì)應(yīng)測(cè)點(diǎn)的視電阻率值：

其中，ΔU測(cè)量電極M(5)、N(6)的電位差，I為供電電流，K為裝置系數(shù):

O(12)為測(cè)點(diǎn)，位于電極M、N的中點(diǎn)。

(3)根據(jù)得到的每一個(gè)視電阻率值以及與之對(duì)應(yīng)的測(cè)點(diǎn)位置，獲得視電阻率-極距OA曲線關(guān)系圖，其中O(12)為測(cè)量電極M(5)、N(6)的中點(diǎn)，若某點(diǎn)的視電阻率值有明顯變化，則測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)位置處可能有不良地質(zhì)體(11)(含水層等)，對(duì)該點(diǎn)進(jìn)行測(cè)深反演，得到真電阻率-深度圖，并根據(jù)真電阻率-深度圖中得出不良地質(zhì)體的深度，以點(diǎn)電源A₁(4)為圓心，以不良地質(zhì)體深度為半徑，畫出等深圓1(8)，不良地質(zhì)體便在此圓的某一點(diǎn)處。

(4)通過測(cè)線2(2)進(jìn)行測(cè)量，按照測(cè)線1(1)的方法，重復(fù)步驟(2)-步驟(3)，繪制視電阻率-極距OA圖，并由測(cè)深反演得到真電阻率-深度圖，以點(diǎn)電源A₂(4)為圓心，以不良地質(zhì)體深度為半徑，畫出等深圓2(9)，不良地質(zhì)體(11)便在等深圓1(8)與等深圓2(9)的交點(diǎn)處。

(5)通過測(cè)線3(3)測(cè)量，按照測(cè)線1的方法，重復(fù)步驟(2)-步驟(3)，制視電阻率-極距OA圖，并由測(cè)深反演得到真電阻率-深度圖，以點(diǎn)電源A₃(4)為圓心，以不良地質(zhì)體(11)深度為半徑，畫出等深圓3(10)，則此等深圓1(8)、等深圓2(9)與等深圓3(10)的共同交點(diǎn)便是不良地質(zhì)體(11)的精確位置。

實(shí)施例2：

(1)在地質(zhì)情況較為復(fù)雜的隧道內(nèi)選定三條相互平行的測(cè)線，測(cè)線1(1)、測(cè)線2(2)、測(cè)線3(3)，以面向隧道掌子面(7)的方向?yàn)檎较?，測(cè)線1(1)在隧道的底板左側(cè)，測(cè)線2(2)在隧道的拱頂頂部(也可以在底板中間，但最好放在拱頂)，測(cè)線3(3)在隧道的底板右側(cè)，各測(cè)線均固定供電電極A作為點(diǎn)電源(4)，三條測(cè)線的點(diǎn)電源A(4)均要求緊貼掌子面(7)，B極則放置在相對(duì)無(wú)窮遠(yuǎn)處。

(2)首先對(duì)測(cè)線1(1)進(jìn)行測(cè)量，在保持測(cè)量電極M(5)、N(6)間距不變前提下，電極M(5)、N(6)按照遠(yuǎn)離點(diǎn)電源A(4)的方向，(遠(yuǎn)離掌子面(7)方向)同時(shí)移動(dòng)相同距離(也稱點(diǎn)距)，每移動(dòng)一次，對(duì)M(5)、N(6)之間的電位差測(cè)量一次。由于供電電流已知，根據(jù)公式(1.1)便可計(jì)算每次測(cè)量對(duì)應(yīng)測(cè)點(diǎn)的視電阻率值：

其中，ΔU測(cè)量電極M(5)、N(6)的電位差，I為供電電流，K為裝置系數(shù):

O(12)為測(cè)點(diǎn)，位于電極M、N的中點(diǎn)。

(3)根據(jù)得到的每一點(diǎn)的視電阻率值以及與之對(duì)應(yīng)的測(cè)點(diǎn)位置，得出視電阻率-極距OA圖，其中O點(diǎn)(12)為測(cè)量電極M(5)、N(6)的中點(diǎn)，若某點(diǎn)的視電阻率值有明顯變化，則測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)位置處可能有不良地質(zhì)體(11)(含水層等)，對(duì)該點(diǎn)進(jìn)行測(cè)深反演，得到真電阻率-深度圖，并根據(jù)真電阻率-深度圖中得出不良地質(zhì)體(11)的深度，可發(fā)現(xiàn)多組不良地質(zhì)體(11)的存在，以點(diǎn)電源A₁(4)為圓心，以多個(gè)不良地質(zhì)體(11)深度為半徑，畫出多個(gè)等深圓1(8)，不同的不良地質(zhì)體(11)便在這多個(gè)等深圓(8)的某一點(diǎn)處。

(4)通過測(cè)線2(2)進(jìn)行測(cè)量，按照測(cè)線1(1)的方法，重復(fù)步驟(2)-步驟(3)，繪制視電阻率-極距OA圖，并由測(cè)深反演得到真電阻率-深度圖，可發(fā)現(xiàn)多組不良地質(zhì)體(11)的存在，以點(diǎn)電源A₂(4)為圓心，以多個(gè)不良地質(zhì)體(11)深度為半徑，畫出相對(duì)應(yīng)的多個(gè)等深圓2(9)，不同的不良地質(zhì)體(11)便在等深圓1(1)與等深圓2(9)的交點(diǎn)處。

(5)通過測(cè)線3(3)測(cè)量，按照測(cè)線1(1)的方法，重復(fù)步驟(2)-步驟(3)，制視電阻率-極距OA圖，并由測(cè)深反演得到真電阻率-深度圖，可發(fā)現(xiàn)多組不良地質(zhì)體(11)的存在，以點(diǎn)電源A₃(4)為圓心，以多個(gè)不良地質(zhì)體(11)深度為半徑，畫出相對(duì)應(yīng)的多個(gè)等深圓3(10)，則多個(gè)等深圓1(8)、等深圓2(9)與等深圓3(10)的共同交點(diǎn)便是這多個(gè)不良地質(zhì)體(11)的精確位置。

由實(shí)施例實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，這種方法確實(shí)可行，可精確預(yù)支隧道前方不良地質(zhì)體的位置。

上述雖然結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行了描述，但并非對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動(dòng)即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護(hù)范圍以內(nèi)。