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3.2 探测距离研究分析 34
3.3 地质体电阻率对视电阻率的影响 38
3.3.1 地质体电阻率和视电阻率的异常关系 38
3.3.2 地质体电阻率和探测极限的关系 47
3.4 探测极距对视电阻率的异常影响 50
4结论与建议 55
4.1 模拟试验的结论和总结 55
4.2 对本次模型试验的建议 56
致 谢 58
参考文献 59
1引言
1.1 超前隧道探测的必要性
随着公路、铁路、水利、矿山及其它工程建设的飞速发展，我国的施工隧道已大量地出现。但是作为隐蔽工程的公路隧道、铁路隧道、矿山隧道、输水隧道等在施工过程中，由于前方地质情况不明，经常会因遇到断层、破碎带、暗河、高地应力等不良地质体而导致塌方、泥石流、涌水、岩爆冒顶等地质灾害发生。这些灾害的出现，往往会影响施工进度，造成人员伤亡，给施工单位、国家和人民带来严重的经济损失。如当年在尖山工程建设中，由于对前方地质灾害掌握不清，结果出现了塌方、涌水并伴随着大量泥石流出现，大大影响了工程进度，给尖山工程建设带来了严重的经济损失；天生桥二级水电站3条引水隧洞以及太平驿引水隧洞在施工过程中均多处发生过岩爆现象，类似的地质灾害在许多中小工程型和大型隧道工程中都出现过。此外，有些隧道不仅延伸很长，而且往往深埋于山体之中。对于这些埋藏很深的长隧道，由于其前期的地勘工作受到技术水平和经费的限制，因而在施工前不可能查清隧道围岩的地质情况。随着隧道工程施工的逐步深入，其安全隐患会一一暴露出来。这时需要在施工过程中采取有效方法，对前方不良地质灾害进行准确的超前预报，以便及时地修正开挖和支护设计方案，避免施工事故发生。由此可见，隧道施工过程中的超前探测工作在隧道工程中的地位和作用都十分重要。
1.2 超前探测的发展过程
超前预报技术的研究始于上世纪80年代末，主要方法是地质预测。90年代初中国与瑞士几乎同时起步开始物探方法超前预报研究。瑞士研究开发TSP技术[1]，中国铁道部开立‘隧道开挖工作面前方不良地质预报’科研课题，开启了我国物探超前预报技术的研究[2]。课题中同时开展了陆地声纳、负视速度法、HSP水平剖面法和地质雷达的超前预报研究。90年代中期铁道系统开始从瑞士引进和推广TSP202、203。公路效仿铁路也先后引进TSP，有些工程招标文件中甚至特别指定必须使用TSP203投标。在市场的推动下，不到10年的时间中国先后引进TSP超过100套，成为世界上的最大用户。美洲超前预报的起步较晚，90年代末才开始。 21世纪初美国NSA公司开发出TRT技术[3]，并开始在欧洲作为咨询工具应用，但是没多久2005年NSA公司被并购，TRT技术的一些功能还未开发完成，开发者就另辟新径离开了TRT技术。2008年TRT技术以TRT6000的名义开始进入中国很快就发现TRT存在很多问题需要改进[4]。在TSP风靡全国的时候，2006年国内出现了模仿TSP技术的TGP超前预报技术[5]。这一阶段工程界的主要需求是工程应用，急于寻找可用于地质超前预报的方法，对方法原理的科学性与准确性还来不及考虑。随着TSP技术的应用，其技术缺陷逐渐暴露，准确性不高，虚报漏报严重，引起了对TSP技术的质疑。常旭等对TSP的线性排列观测系统的超前预报技术进行数值模拟时发现，于隧道斜交的断层的偏移图像是一个以隧道为对称轴的锥面，垂直于隧道的断层的图像是一个包围掌子面的椭球面[6]。这一事实表明隧道内小孔径观测条件下，偏移成像的方位分辨很差，无法确定反射面的确切位置。为了确定位置必须对地震资料增加约束条件，给定地震回波的方向。这一研究结果与赵永贵等研究的结果不谋而合。赵永贵等在对TSP方法的理论进行分析时指出其存在三个技术缺陷[7]。其一是其观测方式不合理，不能准确确定掌子面前方围岩波速，用直达波速代替掌子面前方波速在构造复杂地区会造成定位的较大偏差，同时不能提供反应岩体力学性状变化的信息；其二是没有方向滤波，对不同方向的回波不加区分，将上下左右的侧向反射都偏移到掌子面前方，造成虚报误报，在浅埋隧道海底隧道和水平地层发育的地区尤为严重；其三是纵横波的分离方法有问题，没有经过方向滤波处理就进行纵横波分离的结果是不正确的，以此为基础的纵横波比预报含水性的结果是不可靠，国内一些隧道的涌水事故的漏报均与此有关。这些技术缺陷不仅存在于TSP中，在TGP和TRT中也同样存在。这使超前预报技术进入了理论研究的阶段。历经了十年独立自主的开发，由赵永贵主持的 TST超前预报技术2007年问世。它以严谨的球物理原理和专业的数据处理技术为基础，建立了全新的观测方式与资料处理流程。使用F-K方向滤波技术进行空间波场分离，使用速度扫描技术确定掌子面前方围岩波速分布，在方向滤波的基础上进行纵横波分离，克服了TSP中存在的种种技术缺陷，同时提供地质构造偏移图像和围岩波速分布图像，便于综合分析与解释，使超前预报技术更科学、更可靠、更精确。