[实用新型]地下工程高分辨率三维电阻率CT成像超前预报系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种隧道或者坑道等地下工程复杂地质条件下基于电阻率CT技术的高分辨率成像超前地质预报方法，具体地说是一种涉及在隧道或坑道中采用电阻率CT技术进行立体观测和三维覆盖式数据采集，并对探测结果进行三维全空间电阻率反演解译，实现对工作面前方地质情况精细探查的方法。 

背景技术

随着我国基础设施建设进程的加快，在交通、水利水电及矿产资源开发等领域将会修建更多的长大隧道、隧洞等地下工程。这些地下工程普遍具有埋深大、洞线长、水文地质条件复杂等显著特点，加之施工前期的地质勘查工作难以查清沿线的水文地质条件，导致在施工中将面临诸多地质灾害。其中突(涌)水、突(涌)泥灾害是主要地质灾害之一，在国内外地下工程特大事故中，突(涌)水、突(涌)泥灾害在死亡人数和发生次数上均居于前列。 

据统计，在成昆线、大秦线、衡广复线的建设过程中，因水文、地质问题所造成的停工时间约占施工总工期的1/3～1/4，渝怀铁路圆梁山隧道施工中涌砂、涌水达数十次之多，造成重大伤亡；宜万铁路野三关隧道于2007年8月发生大型突水事故，突水量高达5×10⁴m³/d，造成10人死亡；马鹿菁隧道突水造成15人死亡，瞬时涌水量为世界铁路隧道之最；锦屏水电枢纽工程辅助洞位于四川省的雅砻江干流锦屏大河湾上，全长约17.5km，最大埋深达2375m，隧道施工中所遇到的10MPa高水压和7m³/s的大流量涌水成为当前隧洞工程界的难题。显然，突涌水灾害为隧道施工带来了巨大的经济损失和安全问题，已经成为地下工程界所共同面对的重大难题。 

目前国内常用的隧道超前地质预报方法可分为地质分析法和地球物理方法，其中地质分析法包括超前导洞(坑)法、超前水平钻孔法、工程地质调查法等，而地球物理方法包括地震反射波探测法、地质雷达探测法、瞬变电磁法、红外超前探水法等。 

超前水平钻孔技术是在隧道掘进前方按一定位置和方向布置一定数目的钻孔探明地下水和工程地质情况，并提取出岩样进行分析，进而实现对前方地质情况探查的一种探测手段。但超前钻孔技术只能探测出钻孔小范围内的地质情况，并不能反映工作面前方整个范围内的地质情况，极易遗漏不良地质，造成误报、错报及灾害隐患，且钻孔经济成本和时间成本较高。 

地球物理探测方法可以对工作面前方整个范围进行地质探查。地震反射波方法是利用 来自掌子面前方的纵波、横波、转换波的反射震相在隧道垂直地震剖面上所产生的负视速度同相轴来反演出界面的空间位置和产状。电磁类方法对水体异常响应敏感，也是隧道地质预报的常用方法之一。瞬变电磁法(TEM)和电磁剖面法(MT)都是利用阶跃波形电磁脉冲激发，利用不接地回线向地下发射一次场，测量由地下介质产生的感应二次场随时间的变化。地质雷达法是短距离超前探查水体的较好方法，探测距离20~30m，但地质雷达法、瞬变电磁法易受到金属器具的干扰，抗干扰能力较弱。由于现场条件的限制，现有地球物理探测技术的探测精度随探深的增加而降低，无法对深层的地质目标作详细的探查，难以适应复杂地质条件下超前地质预报的需求。 

传统的电阻率CT技术属于电法勘探领域，通过向钻孔中布置电极，以探测两孔之间地层的地质情况，本质上是一种二维探测方式，是用二维反演方法进行数据处理，无法探明地质异常的三维位置与形态，不能适应实际工程需求，在复杂地质条件下的地下工程超前预报工作中也尚未见到应用。 

综上所述，地下工程超前地质预报存在如下两方面的问题：①探测精度和分辨率随探深的增加而降低，无法实现深部的精细高分辨率探测；②现有预报技术难以实现工作面前方地质情况的三维探测，无法实现地质异常的三维精确定位。为此，研究并提出了一种复杂地质条件下地下工程高分辨率三维电阻率CT成像超前预报系统和方法，为实现地下工程施工期高分辨率精确超前预报提供一条可行的途径。 

发明内容

本实用新型的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种在复杂地质条件下地下工程中对工作面前方地质情况实现三维电阻率高分辨率成像，基于电阻率CT技术的超前地质预报的系统。 

为实现上述目的，本实用新型采用下述技术方案： 

一种地下工程高分辨率三维电阻率CT成像超前预报系统，在地下工程工作面上设有一对平行钻孔，两钻孔中布置有测线；在该工作面上设有两条正交测线；所述钻孔中测线和正交测线上布置有若干电极；所述钻孔中测线和正交测线与数据处理装置相连。 

所述两钻孔等深，垂直于地下工程工作面打入。