隧道瞬變電磁法超前地質(zhì)預(yù)報技術(shù)規(guī)程

2隧道瞬變電磁法超前地質(zhì)預(yù)報技術(shù)規(guī)程本規(guī)程規(guī)定了隧道瞬變電磁法超前地質(zhì)預(yù)報的術(shù)隧道超前地質(zhì)預(yù)報是指對隧道開挖掌子面前方的地質(zhì)情況及不良地質(zhì)體的工程性質(zhì)3.1.2超前鉆探法（Geologicalpredictionintunnelby3.1.3掌子面地質(zhì)編錄（GeologicalCataloguingofExcavatin3在隧道掌子面開展不同裝置的瞬變電磁法超前探測，分析圍巖電阻率與含水率的關(guān)在收到同步觸發(fā)信號后，通過接收天線、濾波器、放大器、A/D轉(zhuǎn)換器質(zhì)被激勵場激發(fā)的二次場信號的數(shù)據(jù)采集設(shè)備，它是3.1.8重疊回線裝置（Overlapping3.1.10偶極裝置（Dipole-Di發(fā)射回線和接收線圈或探頭在同一測線上保持一定等間隔同步移動或以相同角度同3.1.13視電阻率（ApparentRes43.1.15正演（Geophysicald3.1.16反演（Geophysica3.1.19不良地質(zhì)體（Unfavorable不良地質(zhì)體是指對隧道工程建設(shè)不利或有不）；pτ-視電阻率，Ω.m（歐姆.米hτ-（1）進一步查清隧道開挖工作面前方的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件，預(yù)報掌子面前方54.3.6存在多種干擾因素的隧道，應(yīng)根據(jù)被探測對象的物性條件與其它探測方法相配67（2）包括對接收機采樣參數(shù)（采樣率、道數(shù)、延時、疊加次數(shù)、信號增益）的設(shè)置（3）在現(xiàn)場已知地電參數(shù)較少時，瞬變電磁儀器深度的確定，可以用儀器配備軟件計算深度。也可以采用已知目標體的埋深和采樣點時間反算電磁波傳播速度，然后通過（1）對已處理數(shù)據(jù)可顯示衰減曲線、感應(yīng)電壓多測道剖面圖、視電阻率剖面圖、線（3）能實現(xiàn)在視電阻率剖面圖上顯示隧道前方斷層、巖溶等不良地質(zhì)體的位置、根據(jù)衰減規(guī)律分析圍巖的富水情況及富水異常區(qū)分布，并8（3）使用時要注意保護儀器連接接口，用完后及時將接口帽套上，以免進入灰塵，（8）儀器設(shè)備應(yīng)存放在陰涼、通風、干燥、無腐蝕性氣體、無強磁場等的地方，使（1）隧道地質(zhì)勘查資料，著重說明不良地質(zhì)與特殊巖土、可能存在的主要工程地質(zhì)9（3）依據(jù)收集的地質(zhì)勘察資料，設(shè)計合適的地電模型，通過正演方法分析不良地質(zhì)（1）探測斷層、巖溶、裂隙水發(fā)育帶等復(fù)雜條件下隧道不良地質(zhì)體，方法有效性尚（3）探測不良地質(zhì)體與圍巖之間電性差異較小，或探測地質(zhì)目標體的規(guī)模相對于預(yù)（1）原則上應(yīng)保證能夠清晰完整地反映異常細節(jié)，同時還要保證現(xiàn)場測試的效率。（2）測網(wǎng)密度、天線間距和天線移動速度應(yīng)適應(yīng)探測對象的異常反映；掌子面宜布（1）工作精度可根據(jù)工作地區(qū)、工作任務(wù)及工作裝置的特點，以取得較好的地質(zhì)效（2）應(yīng)根據(jù)儀器的技術(shù)性能和測區(qū)人文干擾情況合理設(shè)計，其總精度不應(yīng)超過現(xiàn)有（3）應(yīng)以能夠觀測與分辨勘査對象所產(chǎn)生的最弱異常為原則，應(yīng)使最大誤差的絕對7.1.3瞬變電磁法應(yīng)按搜集資料、踏勘、編制方案、探測、初步解釋、最終解釋、成（1）測線布設(shè)應(yīng)完整、連續(xù)、并應(yīng)盡量避開電磁干擾源；采取措施盡量減小金屬支護結(jié)構(gòu)等低阻體、發(fā)射線圈和接收線圈的互（2）組裝線圈支撐框架，將發(fā)射線框和接收探頭（線框）固定在線圈支撐框架上；1）按照位置偏移法，一般情況下布置一條測線，掌子面要盡可能平整，確?？蚣芘c2）按照角度偏移法，分別按不同角度朝多個方向進行探測并準確控制探測方位，在（3）如遇圍巖級別較低、鋼架緊跟掌子面施做的情況，可將左右邊界測點遠離邊墻7.3.4數(shù)據(jù)采集應(yīng)滿足任務(wù)要求，并符合（1）探測范圍應(yīng)盡可能達到隧道直徑3（7）支撐天線的器材應(yīng)選用絕緣材料，天線操作人員應(yīng)與工作天線保持相對固定的（9）數(shù)據(jù)采集時，金屬物品（包括接收機（10）避免回線縱橫邊的接點線頭接地，尤其是（4）現(xiàn)場記錄應(yīng)標明觀測到掌子面不良地質(zhì)體的位置與規(guī)模以及可能的干擾源信息（3）探測參數(shù)設(shè)定應(yīng)在探測準備階段進行，根據(jù)設(shè)備性能、探測環(huán)境和技術(shù)要求，（2）質(zhì)量檢查的記錄與原探測記錄應(yīng)具有良好的重復(fù)性，波形一致，異常沒有明顯（3）數(shù)據(jù)處理應(yīng)符合信號保真性原則，有效信號預(yù)報距離應(yīng)符合技術(shù)要求，預(yù)處理7.4.1數(shù)據(jù)處理前，原始數(shù)據(jù)應(yīng)完整、可靠、有效，發(fā)現(xiàn)問題7.5.2通過視電阻率異常追蹤或利用異常形狀、采樣時間計算異常體的平面范圍和深對于掌子面前方存在單一富水溶洞的情況，對于掌子面前方存在多處含水裂隙的情況，（1）根據(jù)已知的地質(zhì)資料，分析測區(qū)電性相對變化規(guī)律，初步了解測區(qū)剖面地質(zhì)地（1）在分析各項物性的基礎(chǔ)上，按照從已知到未知、先易后難、點面結(jié)合、反復(fù)認（3）解釋結(jié)果應(yīng)說明探測對象的形態(tài)、產(chǎn)狀、延伸等要素；對于已知資料不足，暫（4）解釋應(yīng)充分利用各種探測方法的成果。有鉆孔驗證的隧道，應(yīng)充分利用鉆探資（1）數(shù)據(jù)質(zhì)量的定性評價：對相鄰延時道的衰減曲線進行分析，一般來說，衰減曲（2）測區(qū)噪聲干擾水平分析：測區(qū)的噪聲干擾水平對晚期道的數(shù)據(jù)質(zhì)量影響大，晚（3）測區(qū)工作參數(shù)選擇的分析：應(yīng)對工作參數(shù)（發(fā)射電流、發(fā)射線框邊長、時窗范（5）超前水平鉆探應(yīng)詳細描述巖性、結(jié)構(gòu)構(gòu)造、鉆進速度、含水情況、鉆進扭矩等m=I1.SF=U0.NF.πr=U0S0rFPFNF.2πrF/S02PF（A-1）FF從式（A-1）可以看出，增加有效磁矩的方法有：提高發(fā)射機供電電壓，增加導(dǎo)線截接收線圈內(nèi)阻根據(jù)電阻計算公式R=PJ.lJ/SJ可方便算出。μ'L=0N2dμ'4π（A-2）4π（A-2）864β23296（A-3）η=RmNp1—上覆地層綜合電阻率，歐姆.米(Ω.mt=H2784根p(p(t）—延時t時刻視電阻率，歐姆.米(Ω.m2/3M=IL2p(t)—延時t時刻視電阻率，歐姆.米(Ω.mμ0-7亨利/米（H/mdB(t)/dt—磁場感應(yīng)強度B關(guān)于時間的導(dǎo)數(shù)；（2）對于高阻或空氣介質(zhì)中的球體而言,amax~1/σminμ0amin7(Hmin/pmax)，也可粗略求得對目的層可分辨的Smin值。v(t)e?nt/τ（A-9）（3）信號衰減快，在早期，信號幅值高且衰減速度很快；而晚期的信號很弱，已達（1）數(shù)據(jù)量太小，無法采用先進的數(shù)字濾波技術(shù)，導(dǎo)致處理后的數(shù)據(jù)丟失了大量的（2）單點數(shù)據(jù)覆蓋的觀測區(qū)域比較大，使得分辨率較小，從而導(dǎo)致對細節(jié)的記錄不?當i<j時，若?log(Vi)?log(Vi)?C1?d0??=Vj+10e?若log(Vi)?log(Vi)?C1?d<0，則有：?e=[(log(Vi)?log(Vi))]?C3?=Vj10e?e=[(log(Vi)?log(Vi))]?C3?=Vj10e?jVj原始資料的驗收以及工程質(zhì)量的評價，嚴格依據(jù)《地面瞬變電磁法技術(shù)規(guī)程》大多數(shù)西方物探界的做法。將兩種方法結(jié)合起來進行數(shù)（5）測點早期道數(shù)據(jù)可能會出現(xiàn)飽和現(xiàn)象，即感應(yīng)電動勢不衰減，且數(shù)值較大（毫（6）晚期道數(shù)據(jù)可能上下跳動，不圓滑；或者是以點的形式表示而不是曲線，這是（7）較好的探測質(zhì)量是感應(yīng)電動勢數(shù)值多數(shù)維持在微伏級，且衰減曲線呈類似拋物A.3.5誤差計算2εεi1εδ=δj/N①同一測區(qū)或同一剖面參與計算的同一采樣道的數(shù)據(jù)總數(shù)，得到各道的平均相對誤Δj?εj2NΔΣj=1NΔ'Vj(ti)，Vj(ti)—第j觀測點第i'Vj(ti)—Vj(ti)及Vj(ti)的平均值。ji 2/2MNji地面瞬變電磁法工作的總精度以均方誤差來衡量采集信號的采樣率、采樣方式與采樣結(jié)束時間等。儀器1）由于發(fā)射電流大、收發(fā)線圈距離近、發(fā)射機電磁兼容與電磁屏蔽、發(fā)射機發(fā)射電（2）外部電磁噪聲的干擾，影響較大的是天然電磁噪聲及人類文化設(shè)施的噪聲（人噪聲來源于天電及工業(yè)用電的干擾，平均值為03）人文噪聲。是指與人類文化設(shè)施有關(guān)的電磁噪聲，主要包括電力電網(wǎng)、礦山或工發(fā)生火花放電時還會產(chǎn)生高值脈沖干擾。動力用電的轉(zhuǎn)信號的累加是瞬變電磁系統(tǒng)抑制隨機噪聲、提高信一般采用周期性脈沖序列連續(xù)激發(fā)二次場。從而使得在一==22f(t)=fk(t)+N(t)f(tk+(i?1)T)=fk[tk+(i?1)T]+N[tk+(i?1)T]fk(tk+iT)=fk(tk)f[tk+(i?1)T]=nfk(tk)+N[tk+(i?1)T]N[tk+(i?1)T]= 假設(shè)每次采樣時噪聲電平的有效平均值為N(tk)，則經(jīng)過n次采樣后有：N[tk+(i?1)T]==(tk)SNR=()out==()in(S/N)out=(S/N)in分析可知，經(jīng)過n次疊加采樣后，信號的信噪比改善為原來的倍。因此，這種采 瞬變電磁數(shù)據(jù)在雙對數(shù)坐標中隨時間增加而不斷衰減，若采集的數(shù)據(jù)不符合衰減趨勢，一般不宜先采取圓滑處理（因為圓滑處理僅會將此強干擾分配到其它測道中而應(yīng)e=log(Vi?1)+[log(ti)?log(ti?1)]?kejr=1/[log(ti)?log(ti?1)]2r2=1/[log(ti+1)?log(tie=(1?Cj)?log(Vj)+Cj?[r1?log(Vj?1)+r2?log(Vj+1)]rrejti為第i道的采樣延時；Vj為求得e=(1?C)?log(V)+C?[r12?log(V)+rjjjr12+r22j?1r12+r22j+1（A-34）ejr2為j與j+l測點的距離。'(ti)=[(ti?1)+2(ti)+(ti+1)]/4(ti)為濾波后ti延時的電動勢。(ti?1)+c2(ti)+c3(ti+1)]x(t)=s(t)+n(t)((t),其衡量標準為滿足均方差E[(t)?s(t)]2最小。k(t)=k?1(t)+bk(xk(t)?k?1(t))ek=E(ε2)=E[sk(t)?s(t)]2= 1δ2k+bb=δ2/s為噪聲信號比bk=ek/δ2=1k+bln(εi/εi+1)ti+1?tiε'(x/2)=(?1)n[εi+εi+k?εi+2k?εi+3k]/Nn(t)σ=W(ti)[F(ti)一Y(ti)]ak2k(ti)躍響應(yīng)等式迭代計算出全程視電阻率。用第一種方法。'2）中心回線。早期(τ2）中心回線。早期(τ0<0.01）漸進式，a3za33Iδt（用磁場變化率計算]3 |]3 |2μ02μI)]3P0(30Bz)3）分離回線。早期( dTR DdTR5U9mT DdTR5U9mTAR；晚期()漸進式，PLPL或2/3.5/3PL或1/2。4）大定源回線。目前還沒有計算大定源回線視電阻率的早晚期漸近式，接收線框在由以上早晚期漸近計算式可知，當瞬變過程處于0.011）中心回線和分離回線，在理想場源激發(fā)下，均勻大地（均勻半空間）地表處的感Ui(t)=[3erf(u)u(3+2u2)eu2]Ud(t)=[9erf(u)?(9+6u2+4u4)e?u2](t) μ0a2μ0a2μ0dμ0dR4pt記f(u)=g(t)?gm(t)=0 e e?tdt（A-49）即可計算出中心回線和分離回線在任意延時時刻的視電阻率值，pi(t)=，μ0dTR2pd(t)=24tu。激發(fā)場源為斜階躍場源時，將分離回線的視電阻率帶入式（A-46）進行Uc(t)=2aμ0S0S0=tUc(t)2aμ0πI。記中間參數(shù)y=S02/3，帶入下式求X：X=y(a0+a1y+a2y2+…+a9y9)2,pc(t)=μ0a2U(t)=[F(y1,x1)?F(y1,x2)+F(x2,y2)?F(x2,y1)+F(y2,x2)?F(y2,x1)+F(x1,y1)?F(x1,y2)F(x,y)=[2(u+u)un?2un+2?(2n+3)uun]，x1=xR+Lx/2x2=xR+Lx/2y1=yR+Ly/2y2=yR+Ly/2up=ux=uy=dxy=記f(u)=g(t)?gm(t)=0，其中g(shù)（t）為（4-54）中的感應(yīng)電壓e（tgm(t)為工程測量數(shù)據(jù)，由4pt，l=量數(shù)據(jù)，由4pt，l=可得視電阻率p(t)=4tu2。源非理想時，需要校正。白登海對中心回線以及A.P.Raiche對重疊回線和分離回線全程pτ(t)曲線與回線尺寸是非線性關(guān)系，使用不同尺寸回線觀測數(shù)據(jù)所計算出的pτ（2）由于晚期道觀測的精度差，尤其是在導(dǎo)電層覆蓋區(qū)使用重疊回線裝置時（它與地表處于強耦合狀態(tài)，地表巖石的激發(fā)極化效應(yīng)及磁性效應(yīng)的干擾比起其他裝置要大后支pτ(t)曲線會出現(xiàn)畸變，造成無法利用。pτ(t)曲線對野外觀測的V（t）值利用較差，在pτ(t)起始發(fā)生變化時，并表現(xiàn)τA.5.2視時間常數(shù)sτ有限規(guī)模的導(dǎo)體響應(yīng)ε(t)，在晚期按簡單的指數(shù)規(guī)律衰減：ε(t)=Ke?t/ττ（A-53）表示。這里介紹一種常用的τs計算方法。τs=tj?tiln(εi/εj)一般τshS(h)=∫σ(h)dh=S1+S2+S3+……0瞬變電磁觀測數(shù)據(jù)求解時是把不同時刻的地電構(gòu)造響應(yīng)當成不同縱向電導(dǎo)薄板來處I(t)=〈由（A-57）式引入視縱向電導(dǎo)Sτ -6I/a2m5/2利用hτ計算公式hτ(t)=(m-t/μ0Sτ)1/3(9/8m-t/(μ0Sτ))2/3以Sτhττhττ、式，求hτ用公式（hτpτ用全期的pτ計算方法計算。σ-介質(zhì)電導(dǎo)率； π t/σμ0?7h2/p1t=μ(MH=0.554）在較大的測區(qū)內(nèi)，正常場不一定就是一個。地質(zhì)復(fù)雜的地段，相對不同的地質(zhì)對1）在分析確定正常場的同時，對比分析剖面圖、剖面平面圖及視電阻率等值線平面3）對異常帶做深入的分析，區(qū)分出圍巖不均勻性引起的異常、斷層異常和裂隙水發(fā)4）計算與不良地質(zhì)體有關(guān)異常的視時間常率值來進行解釋。有時候也用多測道剖面圖、時間τ、hτ、pτ、as、τs等。Sτττs2.5維人工源時間域電磁場數(shù)值模擬問題是目前國際上尚未妥善解決的地球物理疑難V(n)=dBn)=-inμ0I0J1(λa)dλZj=Z(n)=ZnZ(1)=ZZ(j+1)Zj=Z(n)=ZnjZj+Z(j+1)th(μjHj),-inμ0μjμj=, kj2=-inσjμ0σj—電導(dǎo)率；根據(jù)頻譜分析理論，由上式可得瞬變（時間域）電磁響應(yīng)=Re[Hz(b)]cos(bT)dλHz(b)=IaJ1(λa)dλ,且b=σμ0na2/2T=2t/σ1μ0a2,分別為歸一化2|2(|2μ0|2πIaμ0|4πt|5t?Bz(t)|Z(1)-1λ||「Z(1)-1λ||(1)λ增加表現(xiàn)為有限寬度的單峰曲線，故計算時只需在積分核不算出足夠數(shù)量的Hz(b)，然后利用三次樣條插值函數(shù)法求出所需的核函數(shù)值，以此來代替線性數(shù)學濾波法直接計算核函數(shù)Hz(b)，這就大大加快了計算速度。然后將正演計算結(jié)果用改進的阻尼最小二乘法與實場可近似地用一系列與發(fā)送回線同形狀的圓形電流環(huán)表示D=4,R=r+2.0912 π,p0μ0tV=dD~Di+1?Di=4tjpsj?tipsidtti+1?tiπμ0tj?ti