瞬变电磁法在岩溶隧道超前地质预报中的应用——以七家营隧道为例

针对隧道超前地质预报工作中岩溶问题的特殊性,运用瞬变电磁法探讨了溶洞、溶隙以及陷落柱等非层状体系的电阻率响应特征。现场试验表明,岩溶不发育的完整岩体质量较好,ρs值可达100~250Ω;充满地下水的岩溶裂隙,其ρs值普遍低于背景值(5~10Ω),约0~5Ω;而无水溶洞的ρs值则高于背景值,为15~20Ω;陷落柱的ρs值异常不明显,需采用其他物探手段探测。结合七家营隧道工程对上述成果进行了验证,为我国南方岩溶隧道的超前预报方法和电磁地质解译提供了范例。     

地震映像法在云桂线富宁隧道隧底岩溶探测中的应用

云桂线富宁隧道工程地质条件复杂,多段穿过可溶岩,基底可能存在隐伏岩溶,隧底隐伏岩溶对隧道运营安全影响很大,需采取有效措施查清基底岩溶特征.地震映像法作为一种高效的岩溶探测方法,是适用于隧底岩溶探测的,根据地震映像波形图可较好的确定岩溶异常区,在隧底岩溶探测中已得到了广泛的应用.富宁隧道对重点可溶岩分布地段采用地震映像法进行探测,发现异常段共计29处490测线米,经验证异常段以岩溶破碎带为主,局部为溶洞.地震映像法进行岩溶探测需采用钻探等方法进行验证,并应对基底岩溶异常段需采取相应措施进行处理,确保基底稳定、运营安全.     

云桂线富宁隧道物探与钻探对比分析

富宁隧道是云桂线重点隧道之一,地质条件复杂.在地质测绘的基础上,勘察主要采用可控源音频大地电磁法(CSAMT)和深孔钻探对隧道进行探测,较详细地查清了隧道区的地层岩性、地质构造、水文地质条件、围岩等级及异常带等.通过对物探和钻探的对比分析,发现可控源音频大地电磁法对岩性的解译准确率较高,对隧道围岩等级的划分较好,对断层的解译准确率相对较低,在对岩溶强烈发育或岩性变化所致的岩体极破碎、极软弱或富水等异常带因物性特征相似,物探难以区分,需综合分析后确定.可控源音频大地电磁法比较适合复杂长大隧道的勘察,但需结合地质测绘、钻探进行综合解译.     

高密度电法对不同溶洞探测效果模拟

在高密度电法勘探中,不同性质的溶洞其反演电阻率特征有差异,往往会导致实际勘探出现困难。根据实际地质情况建立了三个溶洞模型:充水型溶洞、充泥型溶洞及未充填型溶洞。对三个溶洞模型进行数值模拟,对比了不同模型的地电响应特征;然后对每个溶洞模型表面增加一层破碎状溶壳,分析了溶壳对溶洞正反演结果的影响;最后将实际资料与数值模型结果对比分析,进而解释了实际资料中溶洞异常特征产生的原因。结果表明:充填型溶洞在反演结果中的反应比未充填型溶洞灵敏很多,破碎状溶壳对未充填型溶洞探测效果的影响远大于充填型溶洞,破碎状溶壳包围的空洞在反演结果中表现的异常形态不明显,在野外实际探测中很难准确探测。     

基于高密度电阻率法和瞬变电磁法的岩溶塌陷综合探测应用

为了查明贵州黔南某矿区5号塌陷坑是否对地面村民房屋存在威胁,采用高密度电阻率法与瞬变电磁法两种物探手段进行了综合探测。比较了两种物探方法探测地下溶洞及岩溶发育带的成果;证实了这两种物探手段可以相互补充、相互印证,能有效地探测地下溶洞发育位置和分布空间,综合运用能够提高探测精度。探测结果认为,民房下方存在一处溶洞,为后期地质灾害治理提供了依据。最后,采用真空吸蚀理论及其数学模型解释了该地面塌陷发生的机理和原因。     

云桂铁路营盘山隧道溶洞综合勘察与评价

云桂铁路营盘山隧道工程地质条件复杂，施工期间在DK396+635揭示一大型溶洞.通过采用地质调查测绘、钻探、物探、综合分析等手段综合勘察，查明了溶洞的特征、性质及水文地质条件.该溶洞规模大，性质复杂，对隧道工程影响大.采取了回填、注浆加固、排水的综合处理措施，经运营检验，效果良好.研究印证了岩溶地区铁路选线的基本思路和工作方法，反映出超前地质预报工作在岩溶隧道施工中的重要作用.     

云桂线营盘山隧道地质雷达与风枪探孔的对比分析

岩溶为云桂铁路营盘山隧道的主要不良地质,岩溶对施工及隧底的稳定性影响较大.该隧道洞身位于岩溶垂直渗流带内,岩溶发育,开挖后采用地质雷达及风枪探孔对隧底及周边岩溶进行探查,地质雷达能定性探测区段内隐伏岩溶的发育情况,探测深度较大,风枪探孔能针对物探异常情况,准确探查岩溶特征.地质雷达及风枪探孔各具特点,将2种探测方法配合使用,在该隧道底部岩溶探测中取得了很好的效果.     

高密度电阻率法在环境工程地球物理勘探中的应用

当前环境工程地球物理勘探中,高密度电阻率法在具体应用中有优于其他方法特点。文章从直流电法的偶机断面异常分析入手,分析了同一地电条件、同一电极排列下三种最常用装置下测得的视电阻率的相互关系,提出用T比值参数突出高阻异常,可以准确地进行溶洞探测;同时将此方法应用于一个溶洞探测实例,说明应用该方法技术探测溶洞异常标识明显、能进行定性及定量解释、工作效率较高。     

探地雷达在花岗岩球状风化体探测中的应用

花岗岩发育地区球状风化体(俗称"孤石")的分布直接影响城市轨道交通工程的建设,准确探明花岗岩孤石的空间分布具有重要的现实意义.为了探明地铁建设过程中花岗岩孤石分布情况,结合深圳地铁11号线某区间孤石探测试验,采用探地雷达研究两孔间孤石分布情况,试验数据能较好反映出土层间反射回波的异常.试验分析结果与现场验证钻孔的对比表明:该物探方法能在一定程度上揭示孤石的空间分布,表明了探地雷达在孤石探测上的有效性和适用性.     

浅谈探地雷达技术在岩溶地质勘探中的应用

以某地区线路初勘探地雷达实测结果为依据，分别从探测原理、技术方法、成果分析这几个方面，探讨了在岩溶异常发育地区，如何发挥探地雷达的工程物探技术的作用。运用探地雷达技术，探查并圈定了溶蚀破碎、溶洞、溶沟、溶槽等岩溶地质异常范围。     

圆梁山隧道毛坝向斜段岩溶涌砂来源研究

在对圆梁山隧道毛坝向斜段岩溶地质条件分析的基础上,对不同构造部位及高程的溶洞沉积物进行分析,认为隧道揭露溶洞所富含的大量泥砂与岩溶发育旋回中遗留下的厚层夷平面沉积物有直接关系,这是当地封闭地质构造单元与地下水共同作用的结果.这种溶洞物质特征对比方法为今后预测深埋隧道溶洞沉积物质数量及物质组成提供了新的研究手段.     

阳灵隧道充填溶洞综合预报及突泥事故治理

突水突泥灾害是岩溶隧道施工中经常面对的严峻挑战.综合采用地震方法和电磁方法对阳灵隧道F_1断裂带开展了超前地质预报,准确地预报了充填溶洞的位置和规模.突泥事故治理过程中,首先采取稳定塌落体、封堵下泄口和加固已有支护等措施控制灾情;然后利用三台阶法和双层钢拱架支护通过了溶洞影响段;最后,采用地质雷达探测了溶洞规模和充填情况,并对围岩和支护结构的受力变形状况进行监测.结果表明,综合超前地质预报是探测隧道不良地质体的有效途径,"控制灾情,谨慎开挖,事后监控,确保安全"是突泥事故治理的合理原则.     

溶洞在电阻率层析成像图中的成像特征及其解释推断

为研究溶洞在电阻率层析成像图中的成像特征,对江西省南昌—上栗高速公路沿线岩溶地层进行勘察,并建立相应的数值模型进行正演。在已勘明的溶洞中,分别选取大跨度空溶洞、大跨度填充溶洞、小跨度空溶洞及小跨度填充溶洞,观察其成像特征,分析得到不同厚跨比及填充情况下的溶洞在电阻率层析成像图中的成像特征,从而建立溶洞成像特征树图。模拟均匀空间中同时存在高阻介质和低阻介质的情况,并与勘察结果对比。最后在工程实际中应用溶洞成像特征树图,进行电阻率层析成像图的解释推断,同时结合钻探成果验证该方法的正确性。结果表明:高阻异常和低阻异常主要出现于大跨度空溶洞和大跨度填充溶洞,而在小跨度空溶洞和小跨度填充溶洞中并不明显;等值线弯折必然存在于填充型溶洞,且经常伴随低阻异常出现。数值模拟发现,等值线总是倾向于向低阻介质聚集,从而产生等值线弯折的现象;与此同时,由于电阻率等值线聚集于低阻介质附近,延伸受到很大限制,从而产生低阻屏蔽效应。在溶洞跨度较大的情况下,成像特征主要表现为高阻异常和低阻异常,解释推断较为简单;但在溶洞跨度较小的情况下,由于低阻屏蔽效应,小跨度空溶洞或较薄的溶洞顶板等高阻介质经常被遮盖,为解释推断带来较大困难。     

溶洞对隧道结构变形与受力特征的影响研究——以大方隧道为例

为探究溶洞对隧道结构变形与受力特征的影响,采用数值模拟方法,通过改变溶洞分布位置、尺寸大小以及与隧道结构净距等不同因素,建立了二维有限元模型,分析了溶洞对隧道结构位移与内力的影响。结果表明：溶洞使隧道结构变形与受力发生了改变,伴随溶洞与隧道距离的增大,隧道结构产生的位移逐渐减小,在同一净距下,随溶洞尺寸增大隧道结构位移逐渐增大,与无溶洞工况对比,溶洞使得隧道结构内力发生了重新分布,在靠近溶洞一侧隧道结构变形与内力均较大。当溶洞直径小于0.4倍隧道尺寸时,溶洞对隧道结构变形与内力影响均较弱,当溶洞直径大于0.6倍隧道尺寸,且与隧道净距小于0.3倍隧道尺寸时,溶洞对隧道结构变形与内力影响显著,最后通过对比分析,得出对隧道稳定性最不利的溶洞位置是隧道侧部溶洞。研究成果可为岩溶隧道设计施工提供科学参考和借鉴。     

某山区铁路隧道工程地质综合勘察与施工验证分析

近些年,高速铁路隧道修建积累了丰富的勘察设计与施工经验,而山区隧道的勘察一直是困扰业界的难题。通过对比分析后发现,隧道区物探的异常和区域地质资料的可溶岩分布,应引起项目负责人的高度警惕。施工前应进行更加详细的地质调查、加密布置勘探孔、采用不同方法的物探验证和深孔钻孔等手段进行验证,施工时更加重视超前水平钻和地质雷达等超前地质预报工作。通过总结提炼了勘察与施工配合的相关内容,提升了我院山区铁路勘察的方法和经验,更好地指导施工期隧道地质配合。     

叙大铁路某隧道溶洞超前预报及处理技术研究

跟随叙大铁路尹家岩隧道开挖,对其做了超前预报。当隧道开挖至DK70+551,在其后方出现一大型溶洞,分析了该溶洞的形态特征、岩性、水文地质等情况,提出了换填+护墙、改线和桥梁跨越3个方案,从工期、投资、技术条件、施工难易程度等进行比较,决定采用换填+护墙处理方案进行整治。     

隧道穿越大型充填型溶洞的工程地质勘察技术研究

研究目的：通过总结宜万铁路马鹿箐隧道PDK255＋978大型充填型溶洞的综合勘察,介绍隧道穿越大型充填型溶洞时各种勘察方法的综合应用,查清充填溶洞的工程地质及水文地质条件,以便确定充填溶洞的处理方案。研究结论：通过EH-4确定岩溶异常的发育范围及空间形态,深孔钻探验证岩溶异常的形式及溶洞内充水、充泥情况,并确定溶洞内充水、充泥数量以及水压力大小,通过地下水化学分析确定突水来源及地下水补给来源,通过水文观测确定了地下水的补给量,为宜万铁路马鹿箐隧道PDK255＋978大型充填溶洞的处理提出了分级泄水的处理方案。     

大直径盾构隧道与下伏溶洞安全距离

岩溶发育地区的溶洞与在建盾构隧道之间的安全距离是一个重要的工程问题,如果溶洞与盾构隧道之间的距离过小则会导致隧道的失稳。本文基于武汉和平大道南延线隧道工程,在岩溶隧道失稳判断依据的基础上,设计选取围岩级别、侧压力系数、隧道的埋深和溶洞的大小四个影响因素来进行正交实验,同时采用了数值模拟与回归分析相结合的试验分析方法,探讨了影响安全厚度的因素,最终建立了下伏溶洞与隧道安全距离的预测模型。研究结果表明：在大直径盾构隧道下伏溶洞情况下,隧道的埋深、侧压力系数、溶洞的直径、围岩水平对于隧道安全距离的影响程度依次增加。安全距离与围岩级别呈负相关关系,与侧压力系数、隧道的埋深和溶洞的直径呈正相关关系。另外,通过对比验证试验区段典型断面的工程实例,证明了该安全预测模型在工程设计中具有参考价值。     

基于二维HHT的隧道超前探测图像识别与检测

为有效分析隧道超前探测图像以避免灾害的发生,研究应用二维希尔伯特—黄变换(二维HHT)进行隧道超前探测图像的识别与检测。应用二维经验模态分解(BEMD)方法将隧道超前探测图像分解为不同频率的本征模态函数图(IMF)分量,去除含噪声的高频分量,得到重构后的新图像;再对新图像进行Hilbert变换,进而进行复信号分析,并求取图像的瞬时参数,突出图像特征。研究表明:二维HHT方法能较好地去除图像的噪声部分,并结合复信号分析所到的瞬时参数图,突出超前探测图像的异常体特征。     

隧道不良地质体的模型试验及检测信号频谱分析

隧道工程建设经常会遇到诸如溶洞、溶洞积水等不良地质情况,为确保隧道施工安全,普遍采用地质雷达探明掌子面前方是否存在不良地质体及含水情况,如何根据地质雷达波形及频谱特征进行解译显得尤为重要.利用可重复的砂槽,建立试验模型,模型中埋设空洞、空洞积水等典型不良情况,采用地质雷达对试验模型进行探测,获得不同地质条件的地质雷达检测数据,并对地质雷达数据进行频谱分析.结果表明:电磁波遇到不同地质时,地质雷达时间剖面图中出现明显振幅反射,但振幅衰减存在明显的差异性;随着介质的介电常数增大,地质雷达信号振幅衰减逐渐增大,但主振频率反而降低.模型试验成果为实际工程中对隧道掌子面前方不同地质情况的解译提供参考.