[發明專利]一種動水軟弱破碎圍巖隧道三維探測方法

在審

• 申請號: 202011099072.8
• 申請日: 2020-10-14
• 公開（公告）號: CN112433253A
• 公開（公告）日: 2021-03-02
• 發明（設計）人: 高軍;雒嵐;林曉;查小林;周建剛;曾霖;吳金國;姚佳
• 申請（專利權）人: 高軍
• 主分類號: G01V3/08
• 分類號: G01V3/08;G01V3/38
• 代理公司: 北京冠和權律師事務所 11399
• 代理人: 趙銀萍

1.一種動水軟弱破碎圍巖隧道三維探測方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1)：首先對隧道的三維數據進行提取：設P為探測空間內的一點，點P用3個有次序的數r、θ來表示,其中，r為原點O與P點間的距離，θ為有向線段與z軸正向的夾角，為從正Z軸來看自X軸按逆時針方向轉到有向線段的角度，這里m為點P在XOY平面上的投影,r、θ叫做點P的球面坐標,r、θ的變化范圍為r∈[0,+∞)，θ∈[0,π]，當r＝常數時，即以原點為心的球面,當θ＝常數，即以原點為頂點，Z軸為軸的圓錐面,當時，即過Z軸的半平面,其中，z＝rcosθ,取視電阻率探測深度h＝r，即可實現三維數據提取；

步驟2)：將所提取的三維數據體導入Voxler軟件，并利用Voxler軟件中的Gridder插值模塊對所獲得的離散數據點進行插值處理，然后在三維空間內對數據進行網格化處理，最后基于所獲得的網格化數據在三維空間內進行出圖；

步驟3)：利用三維數據繪制圖對隧道的數據進行采集，其中采用了YCS360多通道瞬變電磁儀，探測線框選用1.8m×1.8m，電流＜5A，發射頻率為8.3Hz，數據采集按照扇形觀測系統布置，在掌子面附近隧道路面中心線處布置了1個觀測點，以進行Mtem數據采集，在觀測點上布置了6個豎向縱剖面，以采集6個角度的數據，分別為仰角45°、仰角30°、仰角15°、開挖0°、俯角15°和俯角30°方向，另外，在每個角度縱剖面上，從左到右間隔一定水平角度依次布置12個水平測點；

步驟4)：將所采集的數據進行處理，數據處理流程依次為：數據查看及格式轉換、數據預處理、感應電位剖面數據提取、濾波、視電阻率計算、—維正反演、視電阻率斷面圖繪制，待視電阻率計算與時深轉換結束后，應建立等值線文檔并進行等值線圖繪制；

步驟5)：將處理后的數據進行分析，且瞬變電磁法在探測水害及低阻異常中的解譯原則是探測目標體與周圍圍巖存在電性的差異，砂巖、灰巖類電阻率值相對較高，粘土、含水裂隙類電阻率值相對較低，由于地層層序有一定規律，故導電性特征在沿地層柱狀圖垂向上也表現出一定的變化規律，但在橫向分布上變化較小，當斷層、裂隙、溶洞、破碎帶等地質構造發育時，無論含水與否，都將打破電性在地層縱向及橫向上特定的變化規律；

步驟6)：最后將分析后的數據導入三維可視化軟件，即可對不同深度、不同方向的視電阻率值進行切片出圖，根據異常曲線在剖面上的展布情況，進而可推斷含水異常體的空間變化。

2.根據權利要求1所述的一種動水軟弱破碎圍巖隧道三維探測方法，其特征在于：所述取反映地下電性分布的有效數據，并將提取的數據轉換成三維笛卡爾坐標系下的散點數據。

3.根據權利要求1所述的一種動水軟弱破碎圍巖隧道三維探測方法，其特征在于：所述由于進行瞬變電磁數據采集時線框后方存在臺車，故數據處理前應先對臺車造成的影響予以剔除，然后經數據平滑、濾波、視電阻率計算、時深反演得到深度數據，再通過坐標轉換將其轉換為三維數據體，并通過軟件繪制切片圖和等值面圖。

4.根據權利要求1所述的一種動水軟弱破碎圍巖隧道三維探測方法，其特征在于：所述對矩形數據，一般選用克里格法對數據進行網格化處理；對扇形數據，一般采用帶線性插值的三角剖分法對數據進行網格化處理。

5.根據權利要求1所述的一種動水軟弱破碎圍巖隧道三維探測方法，其特征在于：所述現場數據采集過程中，對有干擾因素的物理測點需進行標注，以便在數據處理時進行校正。

6.根據權利要求1所述的一種動水軟弱破碎圍巖隧道三維探測方法，其特征在于：所述當存在構造裂隙及破碎帶時，若不含水，則導電性較差，局部視電阻率值較高；若含水，由于導電性好，局部視電阻率表現為低阻值，一般解譯為相對富水。

7.根據權利要求1所述的一種動水軟弱破碎圍巖隧道三維探測方法，其特征在于：所述根據瞬變電磁法視電阻率擬斷面圖，結合地質和水文資料及掌子面地質情況，確定隧道掌子面前方縱向、橫向和垂向深度上的視電阻率變化，以隧道當前掌子面K81+810處路面中心為瞬變電磁法超前探測坐標系原點O進行探測，X軸正向指向隧道右側，Y軸正向指向隧道正前方，Z軸正向指向拱頂。