[发明专利]隧道掌子面发射的频率域激发极化超前探水方法与装置

说明书

本发明提供了一种隧道掌子面发射的频率域激发极化超前探水方法及系统，对待探测地区进行地质分析，结合隧道前期开挖情况、已有地质资料及现场数据，圈定可能存在的致灾含水体大致范围，方便接下来的探测；建立频率域激发极化三维坐标系，将电偶源布置在掌子面上，接收电极点排布在掌子面后方；给电偶源供高频的交流电，每隔固定时间进行一次采集，所有接收电极全部采集一次，获取视电阻率；根据采集的视电阻率数据，反演出三维图像，确定致灾含水体的位置和三维形态；本发明可以反映出致灾含水体的三维形态与边界，显著提高了超前探水的距离，提高了超前预报准确性和可靠性。

技术领域

本发明属于激发极化技术领域，具体涉及一种隧道掌子面发射的频率域激发极化超前探水方法与装置。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

我国的隧道建设呈现出迅猛发展的势头，目前我国已经成为世界上隧道建设数量最多，规模最大、难度最高的国家。然而由于隧道掌子面前方含水构造的隐蔽性，在施工前期难以全面查清沿线不良地质情况，导致施工过程中往往会因此诱发突水突泥等重大灾害，严重影响了隧道建设期的施工安全，拖延了重大工程的时间。而隧道超前预报可以提前探明隧道掌子面前方的不良地质，避免重大事故的发生，为隧道的施工提供了重要的保障，近年来发挥着越来越重要的作用。

目前隧道超前预报常采用地球物理勘探方法进行。地震波、声波等方法对断层、岩性界面、岩溶空洞等具有较好的反映，而电法和电磁类预报方法对水体较为敏感，可以用来预报掌子面前方的含水体，激发极化方法对突涌水致灾含水构造由敏感的响应。目前，应用隧道超前预报探测隧道掌子面前方的致灾含水构造取得了一定的效果，特别是时间域激发极化能够实现隧道前方30m范围含水构造的定位与成像。

然而，据发明人了解，随着隧道日掘进量的增加，对较远距离探测的需求也在增加，频率域激发极化对远距离的探测具有优势，但在隧道中应用缺少合适的观测方式。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出一种隧道掌子面发射的频率域激发极化超前探水方法与装置，采用位于隧道掌子面上的电偶源作为发射源，从隧道掌子面后方采集观测数据，将频率域激发极化法应用到隧道中，可以反映出致灾含水体的三维形态与边界，显著提高了超前探水的距离，提高了超前预报准确性和可靠性，为隧道掌子面前方致灾含水体的定位和成像提供一种新的解决方案，以保障隧道的安全施工。

根据一些实施例，本发明采用如下技术方案：

一种隧道掌子面发射的频率域激发极化超前探水方法，包括以下步骤：

(1)对待探测地区进行地质分析，结合隧道前期开挖情况、已有地质资料及现场数据，圈定可能存在的致灾含水体大致范围，方便接下来的探测；

(2)建立频率域激发极化三维坐标系，将电偶源布置在掌子面上，接收电极点排布在掌子面后方；

(3)给电偶源供高频的交流电，每隔固定时间进行一次采集，所有接收电极全部采集一次，获取视电阻率；

(4)根据采集的视电阻率数据，反演出三维图像，确定致灾含水体的位置和三维形态。

作为可选择的实施方式，所述步骤(2)中，频率域激发极化三维坐标系中z轴为隧道掘进方向，x轴垂直于地面向上，y轴平行于地面，电偶源平行于掌子面放置在x轴或者y轴上。

作为可选择的实施方式，所述步骤(2)中，接收电极在隧道空腔内呈环形布置。

作为可选择的实施方式，所述步骤(3)中，根据拟获得的探测距离，选择合适的电流大小和发射频率。

作为可选择的实施方式，所述步骤(4)中，根据采集的数据视电阻率数据，利用最小二乘方法反演出三维图像，致灾含水体表现为明显的低阻异常