隧道地質災害超前探測方法研究.pdf

1、隧道屬于地下建筑工程，施工中常遇到各種不良地質地段，突泥、突水、瓦斯突出、巖爆等災害性地質現(xiàn)象(即隧道地質災害)時有發(fā)生。隨著我國隧道工程數(shù)量、規(guī)模不斷擴大，深、大、長隧道增加，施工過程中遇到的工程地質、水文地質條件越來越復雜，隧道地質災害超前探測的理論和實踐研究意義重大。 超前探測以介質物理性質及結構差異為基礎，是地球物理探測方法在隧道、地下井巷、采場等工作面上的運用，通過觀測地下物理場的分布及其變化規(guī)律來研究工作面前方是否存

2、在地質異常以及地質體賦存狀況及規(guī)模。 論文以隧道地震預報(Tunnel Seismic Predication)和探地雷達(Ground Penetrating Radar)的基本理論、技術方法為基礎，結合其在超前地質預報中的實踐應用開展研究。闡明了隧道地質災害體的主要類型、成因、地質與構造特征及物理力學性質；基于層狀地質模型和隧道地震反射法的基本原理，推導并研究了多層介質反射波時距曲線的特點；用Richer子波和正弦指數(shù)衰減子

3、波模擬了多層介質模型的合成記錄，從調諧厚度與調諧厚度差出發(fā)，討論了地震波對薄層結構的分辨能力，剖析了入射角和界面“空間角”對反射系數(shù)的影響。在此基礎上，總結提出了資料分析解釋的基本準則，介紹了TSP203超前地質預報系統(tǒng)的特點，結合工程實例討論了影響探測效果的主要因素；設計了一種“赤道組合檢波觀測系統(tǒng)”，闡述了其基本原理和實踐方法，為后續(xù)反演疊代提供了精確的初始速度參數(shù)。 以探地雷達法的基本原理為基礎，利用時域有限差分(FDTD

4、)理論，把帶時間變量的Maxwell旋度方程轉化為差分格式，采用中心差近似代替Maxwell方程組中的微分算符，得到二階精度的場值抽樣，以時間遞推的方式直接模擬電磁作用過程；運用梅-方超吸收邊界條件對二層介質、圓柱體介質及其組合進行多種模型的正演模擬；黔桂鐵路新線隧道的探測成果證明了這種模擬方法的合理性和正確性；在此基礎上，總結了各種不同巖層、巖溶雷達圖像的一般規(guī)律，討論了影響GPR探測效果的主要因素和關鍵技術。 理論研究和實踐