综合物探技术在隧道超前地质预报中的应用缪强

综合物探技术在隧道超前地质预报中的应用缪强

缪强1仇念广2吴志会3

1.云南公投建设集团第二工程有限公司云南昆明650032；

2.中煤科工集团重庆研究院有限公司重庆400039；

3.云南第二公路桥梁工程有限公司云南昆明650205

摘要：隧道超前地质预报中，TSP地震波中长距离预测、GPR地质雷达短距离高精度探测、TEM瞬变电磁精细探测富集水情况，三者相互验证、弥补各自不足，综合分析，提高了超前地质预报的精度和准确性。

关键词：超前地质预报；TSP；地质雷达；瞬变电磁

引言

综合运用TSP地震波超前地质预报、GPR地质雷达、TEM瞬变电磁法三种技术[1-2]，可以首先利用TSP粗略掌握掌子面前方的不良地质分布情况，再利用GPR进一步核实、精细探测不良地质的分布情况，同时TEM可以判别开挖前方的富水情况。多种物探技术的综合运用还可以相互验证、相互弥补各自不足，进行综合分析，提高超前地质预报的精度和准确性。

1工程概况

挂弓山隧道全长760m，勘察深度内揭露的地层为第四系全新统残积层粉质黏土（Q4el），基底为侏罗系中统上沙溪庙组（J2s）泥岩、砂岩。中-微风化，碎裂状～中厚层状构造，具泥状结构，为软岩，围岩地质条件较差、自支承能力低、V1级围岩。

2基本原理

2.1TSP基本原理

TSP属于多波多分量高分辨率地震反射法。利用设计好的观测系统，通过逐个激发24个炮孔进行采集数据。激发的地震波以球面波的形式传播，当遇到岩性波阻抗差异界面时，会产生地震波反射，利用高灵敏度地震检波器接收[3]。通过带通滤波、初至拾取、反射波提取、P-S波分离、速度分析、深度偏移，最后提取反射层，可确定开挖前方不良地质体的性质的位置及规模。

2.2GPR地质雷达基本原理

GPR地质雷达利用电磁波的反射原理来探测前方介质未知异常。发射机向前方发射高频电磁波，地质异常电性参数不同，会产生电磁波反射，接收机可接收该反射波。电磁波传播过程中，介质的电性参数所不同，其响应特征也有所不同，所产生的反射特征有所差异，再根据反射的时间，可以判别前方异常介质的位置和分布特征[4]。

2.3TEM瞬变电磁基本原理

瞬变电磁技术是利用发射线圈的方形电流脉冲消失的瞬间，产生一个一次磁场，一次磁场遇到前方的地质体后会产生相应的涡流，在一次磁场消失时，涡流会继续存在一段时间，呈衰减趋势，在该过程中会激发产生一个衰减的二次磁场，通过接收线圈可以接收到该二次磁场[7]。二次磁场随时间变化的衰减曲线，对均匀介质呈一条斜线；而对于高阻体，曲线衰减较快；对含水低阻体呈现为衰减较慢的特征[5]。因此，根据二次磁场随时间变化的特征曲线可以研究巷道掘进前方地质目标体的产状、规模与分布等特征。

3应用实例

本次探测时，挂弓山隧道右侧出口的掌子面里程为YK0+836，掌子面：地层为厚层状砂岩，主要为中等风化，局部为强风化、微风化，围岩地质条件较差、自支承能力低、V1级围岩，现场干燥、未见积水。探测工作采用TSP、GPR、TEM三种方法，以综合预测预报，为隧道施工提供技术支持。

图1TSP超前预报成果图

3.1TSP地震波超前预报

通过对TSP超前地质预报成果的分析，掌子面前方120米范围内的隧道围岩相对较好，综合可以划分为4个地质单元：YK0+836～806、YK0+806～788；YK0+788～736、YK0+736～716。其中，YK0+806～788、YK0+736～716存在明显反射界面，综合地质资料分析，两段应为风化加重的软弱破碎围岩发育区。

3.2GPR地质雷达超前预报

掌子面前方5m范围内雷达波反射强烈，这是由于采掘活动破坏了掌子面的稳定性，掌子面附近5m内受采掘影响岩体破碎形成强烈反射，再往前方无较强反射，仅在8-10m附近出现明显的弱反射，其反射强度较弱，应为局部风化带，前方30m范围无重大构造。

图5GPR地质雷达超前预报成果图

3.3TEM瞬变超前预报

由横向水平扇形图可知隧道掘进正前方视电阻率分布均匀，无视电阻率低阻异常区，掘进正前方水文地质条件较好。

图6TEM瞬变电磁超前预报水平横向成果图

3.4超前预报综合解释

隧道开挖掌子面前方30-48m、100-120m两区段为风化加重的软弱破碎围岩发育区，掌子面5m范围内受采掘活动影响岩体破碎，掌子面前方8-10m处发育局部风化带，整个预测区段内正前方无明显大构造、无明显富集水。在后期隧道实际掘进过程中与超前地质预报成果一致。

4结论

综合运用多种技术，从不懂尺度、角度，发挥各自优势、弥补各自不足，提升了超前地质预报精度和准确性。TSP、GPR、TEM的综合运用，对挂弓山掌子面前方120m的工程地质发育情况、30m范围内的地质精细发育情况、100m范围内的水文地质条件进行了比价准确的预测预报，为隧道开挖提供了地质技术支持和安全保障。

参考文献：:

[1]戴前伟,王鹏飞,冯德山.综合物探方法在隧道掌子面超前地质预报中的应用[J].工程勘察，2012(8):84-88．

[2]宋先海,顾汉明,肖柏勋.我国隧道地质超前预报技术述评[J].地球物理学进展，2006，21(2):605-613．

[3]段天柱,赵洪月,胡运兵,等.煤矿掘进巷道地震反射波超前探测技术及应用[J].矿业安全与环保，2013(02):80-82．

[4]宋劲.探地雷达煤矿井下探测技术的研究[D].煤炭科学研究总院，2005:1．

[5]仇念广.瞬变电磁与地震反射波技术在巷道掘进中的联合应用[J].中州煤炭.2015(11):106-110．

作者简介：

缪强，男，1983年出生，本科，从事公路工程施工与管理工作，云南省昆明市西山区安瑞路101号8楼810室，邮编650032。