[发明专利]隧道地质三维地震反射震电一体化超前探测装置及方法

说明书

本发明公开了一种隧道地质三维地震反射震电一体化超前探测装置，第一三维振动检波器安装于隧道一侧的钻孔中，第二三维振动检波器安装于隧道另一侧的钻孔中，三维震电效应信号传感器设置在隧道中，隧道一侧设有振动震源组，振动震源组位于第一三维振动检波器与隧道掘进面之间，第一三维振动检波器和第二三维振动检波器的信号输出端连接主机的振动检波信号输入端，三维震电效应信号传感器的信号输出端连接主机的震电效应信号输入端，主机的震源控制信号输出端连接振动震源组的信号输入端。本发明可对掘进隧道、巷道迎头进行探测预报，可探测预报隧道前方有无异常地质构造和富水体及导水通道等，确保隧道掘进过程的施工安全。

技术领域

本发明涉及勘查地球物理技术领域，具体地指一种隧道地质三维地震反射震电一体化超前探测装置及方法。

背景技术

隧道施工地质探测预报是隧道施工地质工作最主要的任务，隧道施工地质预报的主要内容包括破碎带、溶洞、地下水、煤系地层及其他不良地质体在爆破掘进面周围空间一定范围的出露位置和对施工的影响。

现有隧道施工地质预报方法主要有工程地质调查法、超前水平钻探法、超前导洞法和地球物理方法。工程地质调查法是隧道施工超前地质预报中使用最早的方法。该方法是通过调查与分析地表和隧道内的工程地质条件,了解隧道所处地段的地质结构特征,推断前方的地质情况。这种预报方法在隧道埋深较浅、构造不太复杂的情况下有很高的准确性，但是在构造比较复杂地区和隧道深埋较大的情况下,该方法工作难度较大,准确性较差。超前水平钻探法和超前导洞法是与隧道平行或沿隧道正洞轴线开挖超前导洞，直接探明前方的地质情况。这种方法准确率高，但费用昂贵。

地球物理方法中，用于隧道地质探测的方法主要有波场法、温度场法和电阻率法^[1][2]。地质雷达法对断层破碎带预报有较高的准确性，对岩溶预报有一定的准确性，但在隧道地质预报时，预测的距离较短，在隧道内不方便布置，影响因素多，多用于地表探测；电阻率法中的高密度电法对含水构造判定较好，能预报断层破碎带，但工作时需要布置多个电极，在隧道中受施工现场空间的限制，很少采用。波场法中使用较多的是地震波法中的TSP法^[3](隧道地震波地质预报)和电磁波法中的地质雷达法^[4]。TSP法一次预报的距离较长，对断层破碎带构造预报准确度较高，对含水体反映不灵敏，信号易受干扰。

参考文献：

^[1]“公路隧道施工超前地质预报技术方法研究现状综述”，原载杂志“公路交通科技”，2005,22(9):126～128,136；作者：张志龙，王兰生，王跃飞。

^[2]“隧道及地下工程超前地质预报技术”，原载杂志“隧道建设”，2005,25(3):9～11；作者：齐传生。

^[3]“TSP2003地质超前预报系统简介及其应用”，原载杂志“铁道工程学报”，2004,(4):27～30；作者：史柏生。

^[4]“地质雷达在公路隧道短期地质超前预报中的应用”，原载杂志“岩土力学”，2003,24(增1):154～157；作者：吴俊，毛海和，应松等。

以上这些地球物理方法都是一种间断性的地质探测方法，无法现场获得探测前方的地质情况，信号分析难度大，结果存在多解性，常采用的措施是多种方法结合使用，但这样又大大增加了地质预报费用。

发明内容

本发明的目的就是要提供一种隧道地质三维地震反射震电一体化超前探测装置及方法，通过该装置和方法，可对掘进隧道、巷道迎头进行探测预报，可以探测预报隧道前方0～100米距离范围内有无异常地质构造和富水体及导水通道等，确保隧道掘进过程的施工安全。