一种近全方位电阻率隧道超前地质预报方法

摘要

本发明公开了一种近全方位电阻率隧道超前地质预报方法，通过在隧道内选定若干条相互平行的测线，各测线均固定供电电极A作为点电源，三条测线的点电源A均要求紧贴掌子面，B极则放置在相对无穷远处；依次对每条测线进行测量，采集多个测点的测量电极之间的电位差测量；根据测量的电位计算每一个视电阻率值，并标注与之对应的测点位置，获得视电阻率‑极距曲线关系图，对视电阻率值有明显变化的测点对应位置进行测深反演，得到真电阻率‑深度图；真电阻率‑深度图中确定深度，以各个测线的点电源为圆心，以深度为半径，画出等深圆，各个测线的等深圆共同交点处确定为不良地质体的精确位置。本发明现场操作简单，效率高，效果好等优点。

权利要求

1.一种近全方位电阻率隧道超前地质预报方法，其特征是：包括以下步骤：

(1)在隧道内选定若干条相互平行的测线，各测线均固定供电电极A作为点电源，三条测线的点电源A均要求紧贴掌子面，B极则放置在相对无穷远处；设置三条测线分别为第一测线、第二测线和第三测线，以面向隧道掌子面的方向为正方向，第一测线在隧道的底板左侧，第二测线在隧道的拱顶顶部，第三测线在隧道的底板右侧；第二测线可替换放置于在隧道的底板中间；

(2)依次对每条测线进行测量，采集多个测点的测量电极之间的电位差测量，在保持测量电极M、N间距不变前提下，电极M、N按照远离点电源A的方向，同时移动相同距离，每移动一次，对M、N之间的电位差测量一次，标记为一个测点；

(3)根据测量的电位计算每一个视电阻率值，并标注与之对应的测点位置，获得视电阻率-极距曲线关系图，对视电阻率值有明显变化的测点对应位置进行测深反演，得到真电阻率-深度图；

所述步骤(3)中，根据得到的每一个视电阻率值以及与之对应的测点位置，获得视电阻率-极距OA曲线关系图，其中O为测量电极M、N的中点，若某点的视电阻率值有明显变化，则测点对应位置处可能有不良地质体，对该点进行测深反演，得到真电阻率-深度图，并根据真电阻率-深度图中得出不良地质体的深度，以点电源为圆心，以不良地质体深度为半径，画出等深圆，不良地质体便在此圆的某一点处；

(4)真电阻率-深度图中确定深度，以各个测线的点电源为圆心，以深度为半径，画出等深圆，各个测线的等深圆共同交点处确定为不良地质体的精确位置；

所述步骤(4)中，若有多组电阻率值有明显变化的测点，表示为有多组不良地质体的存在，以点电源为圆心，以多个不良地质体深度为半径，画出相对应的多个等深圆，不同的不良地质体便在各个测线的等深圆的交点处。

2.如权利要求1所述的一种近全方位电阻率隧道超前地质预报方法，其特征是：所述步骤(1)中，测线至少为两条。

3.如权利要求1所述的一种近全方位电阻率隧道超前地质预报方法，其特征是：所述步骤(1)中，测线为三条。

4.如权利要求1所述的一种近全方位电阻率隧道超前地质预报方法，其特征是：所述步骤(2)中，计算每次测量对应测点的视电阻率值：其中，ΔU测量电极M、N的电位差，I为供电电流，K为装置系数:

O为测点，位于电极M、N的中点，OA是表示记录点O到点电源A的距离；MN为测量电极M和测量电极N之间的距离。

5.如权利要求1所述的一种近全方位电阻率隧道超前地质预报方法，其特征是：所述步骤(4)中，对每条测线均制视电阻率-极距图，并由测深反演得到真电阻率-深度图，以点电源为圆心，以不良地质体深度为半径，画出等深圆。

说明书

一种近全方位电阻率隧道超前地质预报方法

技术领域

[0001] 本发明涉及隧道超前地质预报领域，尤其涉及一种近全方位电阻率隧道超前地质预报方法。

背景技术

[0002] 随着社会的发展，隧道工程越来越多，隧道的施工安全越来越受到人们的重视。隧道超前地质预报在隧道施工过程中是必不可少的，它可帮助施工人员了解隧道施工方向的地质情况，从而决定施工方式，保证隧道施工的安全性和效率。但在隧道施工过程中，有时候虽然开展了相应的超前预报，但由于掌子面前方地质情况的复杂性，仍然会发生灾害事故，比如突水、突泥和塌方等。因此，隧道超前预报方法还需开展进一步的深入研究。

[0003] 目前的隧道超前预报方法大多情况下只是预报掌子面前方一个比较狭窄的空间，但在隧道的掘进过程中，除了掌子面前方的不良地质会对掘进有影响外，掌子面上下左右一定范围内如果存在不良地质，这对隧道的安全肯定也是一个隐患，当然，处在这样一种位置上的隐患同样也可能会导致相应的灾害发生，即便在隧道挖掘过程没有发生，也会危及到隧道的后期运营安全。但如果能提前探测到掌子面上下左右方向的不良地质体，在隧道的建设过程中就可以采取相应的措施进行处理，最大程度杜绝不必要的地质灾害事故发生。

发明内容

[0004] 本发明为了解决上述问题，提出了一种近全方位电阻率隧道超前地质预报方法，本发明对现有隧道超前地质预报方法一次补充完善和提高，可实现掌子面不同方位围岩中不良地质体的定位和识别，增加了隧道超前预报范围，获得了更为丰富的地质信息，同时大大提高了超前预报或探测效率。

[0005] 为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

[0006] 一种近全方位电阻率隧道超前地质预报方法，包括以下步骤：

[0007] (1)在隧道内选定若干条相互平行的测线，各测线均固定供电电极A作为点电源，三条测线的点电源A均要求紧贴掌子面，B极则放置在相对无穷远处；

[0008] (2)依次对每条测线进行测量，采集多个测点的测量电极之间的电位差测量；

[0009] (3)根据测量的电位计算每一个视电阻率值，并标注与之对应的测点位置，获得视电阻率-极距曲线关系图，对视电阻率值有明显变化的测点对应位置进行测深反演，得到真电阻率-深度图；

[0010] (4)真电阻率-深度图中确定深度，以各个测线的点电源为圆心，以深度为半径，画出等深圆，各个测线的等深圆共同交点处确定为不良地质体的精确位置。

[0011] 所述步骤(1)中，测线至少为两条。

[0012] 所述步骤(1)中，设置三条测线分别为第一测线、第二测线和第三测线，以面向隧道掌子面的方向为正方向，第一测线在隧道的底板左侧，第二测线在隧道的拱顶顶部，第三测线在隧道的底板右侧。

[0013] 优选的，第二测线可替换放置于在隧道的底板中间。

[0014] 所述步骤(2)中，在保持测量电极M、N间距不变前提下，电极M、N按照远离点电源A的方向，同时移动相同距离，每移动一次，对M、N之间的电位差测量一次，标记为一个测点。

[0015] 所述步骤(2)中，计算每次测量对应测点的视电阻率值：

[0016]

[0017] 其中，ΔU测量电极M、N的电位差，I为供电电流，K为装置系数:

[0018]

[0019] O为测点，位于电极M、N的中点，OA是表示记录点O到点电源A的距离；MN为测量电极M和测量电极N之间的距离。

[0020] 所述步骤(3)中，根据得到的每一个视电阻率值以及与之对应的测点位置，获得视电阻率-极距OA曲线关系图，其中O为测量电极M、N的中点，若某点的视电阻率值有明显变化，则测点对应位置处可能有不良地质体，对该点进行测深反演，得到真电阻率-深度图，并根据真电阻率-深度图中得出不良地质体的深度，以点电源为圆心，以不良地质体深度为半径，画出等深圆，不良地质体便在此圆的某一点处。

[0021] 所述步骤(4)中，对每条测线均制视电阻率-极距图，并由测深反演得到真电阻率-深度图，以点电源为圆心，以不良地质体深度为半径，画出等深圆。

[0022] 所述步骤(4)中，若有多组电阻率值有明显变化的测点，表示为有多组不良地质体的存在，以点电源为圆心，以多个不良地质体深度为半径，画出相对应的多个等深圆，不同的不良地质体便在各个测线的等深圆的交点处。

[0023] 本发明的有益效果为：

[0024] 可有效地对不良地质体(例如溶洞、破碎带等)进行较为精确的识别和定位，减少隧道超前地质预报错误率。该方法不仅可做掌子面前方的超前地质预报，还可预测隧道两侧和上下的地质体情况，确保隧道施工过程中所有方向的围岩都处于安全状态；总的而言，近全方位电阻率隧道超前地质预报方法具有预报范围大，现场操作简单，效率高，效果好等优点。

附图说明

[0025] 图1是本发明一个实施例中近全方位电阻率隧道超前地质预报方法的流程图。

[0026] 图2是本发明一个实施例中近全方位电阻率隧道超前地质预报方法在隧道内测线布置的正面示意图。

[0027] 图3是本发明一个实施例中隧道内由三个等深圆精确定位不良地质体的示意图。

[0028] 图4是本发明一个实施例中测线得到的视电阻率-测点位置示意图。

[0029] 图5是本发明一个实施例中测线经测深反演得到的真电阻率-深度示意图。

[0030] 图6是本发明一个实施例中复杂地质隧道内由等深圆精确定位多个不良地质体的示意图。

[0031] 其中：1、测线1，2、测线2，3、测线3，4、点电源A，5、测量电极M，6、测量电极N，7、掌子面，8、等深圆1，9、等深圆2，10、等深圆3，11、不良地质体，12、O点。具体实施方式：

[0032] 下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

[0033] 实施例1：

[0034] (1)在隧道内选定三条相互平行的测线，测线1(1)、测线2(2)、测线3(3)，以面向隧道掌子面(7)的方向为正方向，测线1(1)在隧道的底板左侧，测线2(2)在隧道的拱顶顶部(也可以在底板中间，但最好放在拱顶)，测线3(3)在隧道的底板右侧，各测线均固定供电电极A作为点电源(4)，三条测线的点电源A(4)均要求紧贴掌子面(7)，B极则放置在相对无穷远处。

[0035] (2)首先对测线1(1)进行测量，在保持测量电极M(5)、N(6)间距不变前提下，电极M(5)、N(6)按照远离点电源A(4)的方向，(远离掌子面(7)方向)同时移动相同距离(也称点距)，每移动一次，对M(5)、N(6)之间的电位差测量一次。由于供电电流已知，根据公式(1.1)便可计算每次测量对应测点的视电阻率值：

[0036]

[0037] 其中，ΔU测量电极M(5)、N(6)的电位差，I为供电电流，K为装置系数:

[0038]

[0039] O(12)为测点，位于电极M、N的中点。

[0040] (3)根据得到的每一个视电阻率值以及与之对应的测点位置，获得视电阻率-极距OA曲线关系图，其中O(12)为测量电极M(5)、N(6)的中点，若某点的视电阻率值有明显变化，则测点对应位置处可能有不良地质体(11)(含水层等)，对该点进行测深反演，得到真电阻率-深度图，并根据真电阻率-深度图中得出不良地质体的深度，以点电源A1(4)为圆心，以不良地质体深度为半径，画出等深圆1(8)，不良地质体便在此圆的某一点处。

[0041] (4)通过测线2(2)进行测量，按照测线1(1)的方法，重复步骤(2)-步骤(3)，绘制视电阻率-极距OA图，并由测深反演得到真电阻率-深度图，以点电源A2(4)为圆心，以不良地质体深度为半径，画出等深圆2(9)，不良地质体(11)便在等深圆1(8)与等深圆2(9)的交点处。

[0042] (5)通过测线3(3)测量，按照测线1的方法，重复步骤(2)-步骤(3)，制视电阻率-极距OA图，并由测深反演得到真电阻率-深度图，以点电源A3(4)为圆心，以不良地质体(11)深度为半径，画出等深圆3(10)，则此等深圆1(8)、等深圆2(9)与等深圆3(10)的共同交点便是不良地质体(11)的精确位置。

[0043] 实施例2：

[0044] (1)在地质情况较为复杂的隧道内选定三条相互平行的测线，测线1(1)、测线2(2)、测线3(3)，以面向隧道掌子面(7)的方向为正方向，测线1(1)在隧道的底板左侧，测线2(2)在隧道的拱顶顶部(也可以在底板中间，但最好放在拱顶)，测线3(3)在隧道的底板右侧，各测线均固定供电电极A作为点电源(4)，三条测线的点电源A(4)均要求紧贴掌子面(7)，B极则放置在相对无穷远处。

[0045] (2)首先对测线1(1)进行测量，在保持测量电极M(5)、N(6)间距不变前提下，电极M(5)、N(6)按照远离点电源A(4)的方向，(远离掌子面(7)方向)同时移动相同距离(也称点距)，每移动一次，对M(5)、N(6)之间的电位差测量一次。由于供电电流已知，根据公式(1.1)便可计算每次测量对应测点的视电阻率值：

[0046]

[0047] 其中，ΔU测量电极M(5)、N(6)的电位差，I为供电电流，K为装置系数:

[0048]

[0049] O(12)为测点，位于电极M、N的中点。

[0050] (3)根据得到的每一点的视电阻率值以及与之对应的测点位置，得出视电阻率-极距OA图，其中O点(12)为测量电极M(5)、N(6)的中点，若某点的视电阻率值有明显变化，则测点对应位置处可能有不良地质体(11)(含水层等)，对该点进行测深反演，得到真电阻率-深度图，并根据真电阻率-深度图中得出不良地质体(11)的深度，可发现多组不良地质体(11)的存在，以点电源A1(4)为圆心，以多个不良地质体(11)深度为半径，画出多个等深圆1(8)，不同的不良地质体(11)便在这多个等深圆(8)的某一点处。

[0051] (4)通过测线2(2)进行测量，按照测线1(1)的方法，重复步骤(2)-步骤(3)，绘制视电阻率-极距OA图，并由测深反演得到真电阻率-深度图，可发现多组不良地质体(11)的存在，以点电源A2(4)为圆心，以多个不良地质体(11)深度为半径，画出相对应的多个等深圆2(9)，不同的不良地质体(11)便在等深圆1(1)与等深圆2(9)的交点处。

[0052] (5)通过测线3(3)测量，按照测线1(1)的方法，重复步骤(2)-步骤(3)，制视电阻率-极距OA图，并由测深反演得到真电阻率-深度图，可发现多组不良地质体(11)的存在，以点电源A3(4)为圆心，以多个不良地质体(11)深度为半径，画出相对应的多个等深圆3(10)，则多个等深圆1(8)、等深圆2(9)与等深圆3(10)的共同交点便是这多个不良地质体(11)的精确位置。

[0053] 由实施例实验结果可知，这种方法确实可行，可精确预支隧道前方不良地质体的位置。

[0054] 上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。