[发明专利]隧道等地下工程先验形态信息约束的联合超前预报方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种隧道或者坑道等地下工程中基于先验形态信息约束的联合超前地质预报方法，具体地说是一种涉及在隧道或坑道中采用电磁类方法（瞬变电磁法、地质雷达法）、弹性波类方法（陆地声纳法、TSP方法）与激发极化法等进行联合超前预报，将电磁类方法与弹性波类方法的探测结果作为确定性的已知先验信息，并施加到激发极化反演目标函数中，从而形成一种隧道等地下工程先验形态信息约束的联合超前预报方法，以实现对隧道前方的不良地质体进行空间定位。

背景技术

隧道施工期突涌水灾害是地下工程施工面临的巨大挑战，隧道超前地质预报对隧道安全施工，避免重大事故发生提供了重要的保障，近年来发挥着越来越重要的作用。目前隧道超前预报方法主要采用地球物理勘探方法，由于地球物理勘探存在多解性的固有难题，单一的预报方法往往导致预报结果的偏差，甚至错误。反射类地震波方法（TSP等），均对岩性界面、断层、岩溶空洞等有较好的反映；电磁类预报方法（如地质雷达法、瞬变电磁法等）对水体较为敏感，可以用来预报工作面前方的含水体；激发极化对突涌水含水构造响应敏感，且能估算含水构造的涌水量。为此结合不同方法的特点，很多学者，采用弹性波类方法、电磁类方法与电法等地球物理探测方法，提出了隧道联合超前预报方法。

但目前的综合超前预报仍面临以下问题：①目前的综合地球物理探测大多是在数据解释阶段对多种探测方法的结果进行人为的比对分析，探测可靠性依靠个人经验，未实现多种探测方法数据的相互约束，没有发挥不同探测方法的优势，多解性仍严重。②目前综合超前预报探测突涌水灾害源水体普遍采用电磁法，但由于隧道狭小复杂环境，往往不能对水体三维形态、位置进行准确预报，更无法反映含水体的边界等重要特征信息。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述现有技术的不足，提供一种隧道等地下工程先验形态信息约束的联合超前预报方法，它采用多种超前预报结果信息作为先验约束，实现了以激发极化法为载体的先验形态约束联合超前预报方法，显著压制了解译的多解性，可以反映突涌水灾害源的三维形态与边界，提高了联合超前预报的准确性与可靠性。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种隧道等地下工程先验形态信息约束的联合超前预报方法，包括如下步骤：

A.首先收集探测区域的地质资料、钻探资料；

B.对于重点高风险突涌水区域，实施陆地声纳法、瞬变电磁法、地质雷达法、激发极化法进行超前预报数据采集；

C.选取陆地声纳法、瞬变电磁法与地质雷达法探测结果中的异常信息作为已知先验信息；

D.建立激发极化法的三维反演坐标系统，并将步骤C中各异常信息对应到激发极化法的三维反演坐标系统中，从而获取陆地声纳、瞬变电磁与地质雷达探测的异常体区域信息；

E.利用空间形态先验约束方法，根据获取的异常体区域，构造该区域的方向向量及其权重，组装成先验信息约束对角阵，将已知先验形态信息施加到激发极化法反演方程中；

F.用先验形态信息约束反演方程，进行反演迭代，得到掌子面前方突涌水灾害源的三维空间形态与边界信息，实现突涌水灾害源的联合超前预报。

所述步骤C中，对陆地声纳法、瞬变电磁法与地质雷达法进行解释，选取确定性探测结果异常作为已知先验信息，陆地声纳法对断层、溶洞等界面探测效果较好，将陆地声纳探测的异常界面区域作为已知先验信息，瞬变电磁与地质雷达对低电阻区域探测效果好，将瞬变电磁与地质雷达探测的异常区域作为已知先验信息。

所述步骤D中，建立激发极化法的三维反演坐标系统，沿着掌子面宽度方向为X轴、高度方向为Y轴、隧道前方为Z轴，将陆地声纳探测结果的波速异常区域的坐标按隧道实际坐标一一对应到激发极化坐标系统，将瞬变电磁探测结果的低电阻率异常区域的坐标亦按照隧道实际坐标一一对应到激发极化坐标系统，同理，将地质雷达探测的异常区域仍按照隧道实际坐标一一对应到激发极化坐标系统，从而获取陆地声纳、瞬变电磁与地质雷达探测的异常体区域信息。