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隧道掌子面-钻孔瞬变电磁超前探测方法与试验研究
| 论文题名： | 隧道掌子面-钻孔瞬变电磁超前探测方法与试验研究 |
| 关键词： | 隧道工程;地质预报;掌子面探测法;瞬变电磁法 |
| 摘要： | 现代地下工程建设过程中遇到的地质状况愈加复杂，在隧道开挖时，为了能够安全施工，经常使用超前钻探与地球物理勘探相结合的方式对掌子面前方地质状况进行预报。但是，由于隧道掌子面空间有限，电磁类物探方法在探测时，常常受到掌子面附近钻机、台车等干扰，导致探测结果不准确;且现有物探手段难以实现地质异常体在隧道掌子面前方径向方向的定位。因此，类比地-井瞬变电磁方法，掌子面-钻孔瞬变电磁法利用施工过程中开凿的超前钻孔，在掌子面前方一定的深度位置接收电磁波信号。接收探头靠近溶洞、暗河等地质异常体，可以提高探测的横向分辨率，能够更有效得侦测地质异常体在钻孔周围的分布特点;远离掌子面后方带来的干扰，能够获得信噪比更高的信号，同时很大程度上提高钻孔的利用效率和价值收益，换言之，可以节省钻孔的成本。将地-井瞬变电磁迁移到掌子面超前探测的新领域，拓展了瞬变电磁在工程地球物理勘探中的使用范围。 本文的总体思想是将地-井瞬变电磁法引入隧道超前地质预报中，通过类比地-井瞬变电磁的原理与方法，针对隧道掌子面探测的环境与地-井瞬变电磁法工作环境的异同，研究了掌子面-钻孔瞬变电磁的基本理论，全面阐述了钻孔中接收瞬变电磁方法的技术特点和适用的装置型式。为了研究掌子面-钻孔瞬变电磁法对地质异常体的响应特征，利用时域有限差分方程计算合理的时间采样间隔和空间离散间隔，并利用三维Yee元胞理论对正演模型剖分网格，完成不同大小、不同形态、不同位置含水体的三维正演模拟，从而分析总结不同地质异常体影响下，掌子面-钻孔瞬变电磁法的响应特征和基本规律，并对数据处理方法进行阐述。在数值模拟的基础上，利用大型隧道超前地质预报物理试验系统模拟真实施工环境下掌子面-钻孔瞬变电磁法对异常体的响应，通过对比不同发射线圈及有无含水构造条件下，接收探头在不同深度位置获取信号的差异，得到更为真实的研究结论，并与数值模拟的结果相互验证。在理论研究和模型试验的基础上，将本方法应用在岑溪均昌隧道掌子面注浆检查工作中，通过与非中心接收瞬变电磁探测方法的结果进行对比，证明钻孔中接收探测方法的可靠性和实用性，最后阐述研究获得的结论，总结创新点，并对掌子面-钻孔瞬变电磁法乃至地下工程中瞬变电磁法的发展方向提出见解。 |
| 作者： | 王世睿 |
| 专业： | 建筑与土木工程（岩土工程） |
| 导师： | 李术才 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 山东大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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