中国地质大学地下工程测试技术结课论文..docxVIP

隧道超前地质预报方法与原理一、定义隧道施工地质超前预报，就是利用一定的技术和手段收集隧道所在岩体的有关资料，利用钻探和现代物探等手段，探测隧道、隧洞、地下厂房等地下工程的岩土体开挖面前方的地质情况，力图在施工前掌握前方的岩土体结构、性质、状态，以及地下水、瓦斯等的赋存情况、地应力情况等地质信息，为进一步的施工提供指导，以避免施工及运营过程中发生涌水、瓦斯突出、岩爆、大变形等等地质灾害，保证施工的安全和顺利进行。二、研究背景与现状2.1背景及意义近年来随着我国国民经济的飞速发展和国家扩大内需的战略政策,隧道工程也出现了前所未有的繁荣、越来越多的铁路、公路隧道在以前的“地质禁区”修建，隧道修建也越来越长，所遇到的工程地质问题也越来越复杂。因此应对深埋深长大隧道，水下隧道，可能存在岩溶、大断层、岩爆、废弃矿巷、大量涌水涌泥、瓦斯等严重地质灾害或地质条件复杂的隧道，施工开挖潜在对生态环境造成破坏的隧道以及覆盖层太厚或植被良好不易进行地质勘探和调查的隧道等情况，进行施工期的地质超前预报显得尤为重要。隧道工程设计参照的基本依据是地质勘测资料，而隧道施工主要是遵循的是设计文件。但是大量的隧道工程建设实践表明，由于地质勘察精度、密度及勘测难度大等诸多因素限制，根据地勘资料做出的设计与实际条件不符合的情况屡有发生，给隧道施工阶段带来许多预想不到的困难和危害，使施工存在较大的盲目性。因此，在隧道施工期间采用各种技术、方法和手段对隧道掌子面前方地质情况进行及时准确的预测，对提前采取预防措施、避免事故的发生、确保施工安全以及减少因灾害造成的损失具有重要意义，同时也是当今环境生态保护对隧道工程建设提出的新课题。2.2国内外研究现状2.2.1超前预报理论研究现状隧道地质超前预报由来已久，国外开展此项工作相对较早，理论技术和仪器设备相对较成熟。最早运用于不良工程地质的预报方法是起源于前苏联，根据地震波传播理论而采用的垂直地震剖面法现又称负视速度法(TVSP)，到20世纪30年代被欧美国家所引进，并得到逐步推广通过多年发展其理论不断完善，如在其基础上发展而来的负视速度法，利用地震反射波的时距曲线斜率倒数具有负视速度的特征，借此提出了利用负视速度同相轴作为判别来自掌子面前方界面的反射波标志，并由此反演出反射界面的空间位置及其产状。随着对地震波传播特点研究的不断深入，利用地震波在岩层层面中的传播与反射规律来判断掌子面前方围岩情况已经成为超前预报的一个重要分支。如国外开发的TSP(Tunnel Seismic Prediction)地质超前预报仪、TRT(Tunnel ReflectionTomography)地震反射层析成像法；国内也涌现了一批采用相关技术自主研发的新产品、新方法，如：青岛国科海洋环境工程技术有限公司开发的TST(TunnelSeismic Tomography)隧道地震CT成像技术、北京水电物探研究所生产的TGP(Tunnel geology Prediction)隧道超前预报系统以及地震波表面面波法等技术均得到广泛运用。1904年德国人Hulsmeyer首次尝试通过电磁波信号对地下金属体进行探测；1910年德国科学家Letmbach和Lowy对埋藏物体的探测进行了研究，并将其探测方法在一项专利中进行了说明，其主要运用埋设于两孔洞中的偶极天线进行发射和接收，根据不同电导率的媒质对电磁波衰减作用的差异，并通过对各个孔洞接收信号时间前后及幅度大小的对比，实现对媒质中高电导率部分的定位，这也是首次提出探地雷达这一概念。70年代以来，随着电子技术的发展以及现代数据分析处理技术的广泛应用，电磁波探测技术得到了前所未有的发展，实现了对浅埋深地下目标的探测。作为在电磁波探测技术基础上发展并趋于成熟的地质雷达技术的应用范围也迅速扩大，从原来单一介质中异物体的探测到多种介质、不同层面的综合探测；从冰层、岩矿等弱耗介质扩张到土层!煤层等有耗介质；甚至涵盖了矿产资源勘探、考古、无损检测及建筑物结构调查等众多领域，并开发了用于地面、孔内与航空卫星上的地质雷达技术。此时,国外开始相继出现各种形式的试验性地质雷达，伴随美、日、瑞典、加拿大等国有几家公司推出了自己的产品,探底雷达技术得到了真正广泛运用。出于科学研究和工程实践的需要，目前国内应用广泛的进口地质雷达主要有以下几种：瑞典玛拉公司的RAMAC/GPR钻孔雷达及地面雷达系统；美国地球物理探测设备公司的SRI系列；日本应用地质株式会社的GEORADAR系列；加拿大探头及软件公司的PulseEKKO系列等。地质雷达具有分辨率高、探测速度快、非接触、非破坏性探测、抗干扰能力强、资料的实时成像处理及数据分析效率高、对施工影响小、经济方便等优点，被越来越多的隧道地质工作者所关注，也成为了超前预报工作最有效的手段之一。随着现代科