高频大地电磁法判释深埋隧道围岩级别方法研究

成果概况

成果类别：	应用技术	体现形式：	新技术	课题来源：	自选课题
起止时间：	2011.10 至2014.12	研究形式：	独立研究	所处阶段：	成熟应用阶段
成果属性：	原始性创新

成果简介

课题来源：根据铁道第四勘察设计院集团有限公司2011年度科技研究开发计划课题合同（合同号：2011K23，项目名称：“高频大地电磁法判释深埋隧道围岩级别方法深化研究”）实施需要进行研究。课题背景：长、大、深埋隧道围岩分级是正确地进行隧道设计与施工的基础，由于埋深大、洞程长、穿越地质单元复杂多样的特点，在勘察设计阶段，传统隧道围岩分级方法难以准确、连续、全面地评价隧道岩体质量，因此有必要拓宽思路，探索适用于深埋隧道的围岩级别判识方法。高频大地电磁法判释深埋隧道围岩级别的基础是基于岩体电性参数评价围岩质量。项目研究发现岩体电阻率与岩体完整性、强度息息相关，创新地提出表征岩体完整性的新参数-岩体完整性系数（Kr），通过阿尔奇公式实现岩体电阻率与孔隙度的相互转换，Kr和孔隙度均可作为围岩分级的定量参数。该方法的具体步骤： ①在地表采集高频大地电磁信号， ②通过时域信号筛选、噪声压制、地形校正、数据反演等数据处理流程得到准确的视电阻率及相位信息， ③采用辅助电性资料校正视电阻率，使其在数值上近似地层真电阻率， ④计算岩体完整性系数（Kr）和孔隙度，利用这两个参数和物探解释成果实现隧道围岩分级。高频大地电磁法判释深埋隧道围岩级别方法解决了深埋隧道围岩稳定性评价这一工程难题，相比隧道设计阶段常规围岩分级方法，该方法不仅能较准确、连续、全面评价隧道围岩质量，而且具有探测深度大、施工效率高、勘探成本低的优点，其成果的创造性、先进性主要体现在以下几个方面： ①创新地提出了一种新的表征岩体完整性的参数—岩体完整性系数，通过工程验证，该参数可作为围岩分级的量化指标。 ②复杂地质地形条件下岩体电阻率采集的方法研究； ③高频大地电磁数据处理成套技术研究 ④提出基于岩体完整性系数分级标准，制定了高频大地电磁法综合围岩分级方法。项目研究成果已经成功应用于向（塘）莆（田）铁路、合（肥）福（州）铁路、杭（州）长（沙）铁路、赣（州）龙（岩）铁路、新建煤运通道等长大干线深埋隧道勘察中，根据已开挖隧道资料反映该技术能够宏观反映隧道洞身围岩质量，指导深埋隧道开挖和支护方案设计。该技术有效地解决了深埋隧道岩体完整性评价这一工程难题，具有广阔的应用前景，适用于长、大、深埋隧道的勘察设计领域。该技术是通过地表大地电磁勘探方法实现深埋隧道围岩分级，安全性较高。项目研究成果已经成功应用于向（塘）莆（田）铁路、合（肥）福（州）铁路、杭（州）长（沙）铁路、赣（州）龙（岩）铁路、新建煤运通道等长大干线深埋隧道勘察中。在实际应用中存在如下问题： 1.该方法不适用于隧道围岩为煤系地层、含碳质岩石。这类围岩电阻率的变化主要取决于岩体内矿物颗粒的连通情况，岩体孔隙性不是影响岩体电阻率的主要因素。 2.工频强干扰区域会严重影响数据质量，造成数据畸变，因此强干扰段不宜采用高频大地电磁法评价围岩质量。 2009年《深埋岩溶隧道超高频大地电磁测深法勘察技术研究》项目获得湖北省科技进步奖二等奖 2009年高频大地电磁勘探技术获得2009年《中国企业新记录》，该成果记录了铁四院因深埋岩溶隧道的勘察需要，采用张量测量方式，在全国17个省市42个测点进行高频段（10赫兹～100千赫兹）的大地电磁信号观测，并用于隧道工程、深埋岩溶、采空区和金属矿的勘察，掌握了大地电磁高频段的信号特征，为国内首创。 2014年 “深埋隧道岩体完整性的探测方法”发明专利获得武汉市优秀专利奖

应用前景

主要应用行业：	科学研究和技术服务业	知识产权形式：	专利
应用状态：	产业化应用	拟转化方式：

单位概况

完成单位：	中铁第四勘察设计院集团有限公司
单位地址：	湖北省武汉市武昌杨园和平大道745号
单位电话：	027-51156867;51155236

联系方式

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刘腾

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