[发明专利]一种深埋隧道围岩介电特性反演与松动圈范围识别方法

说明书

本发明涉及一种深埋隧道围岩介电特性反演与松动圈范围识别方法，方法为深埋隧道开挖前，采用地质雷达初步实地探测后进行正演模拟，确定区域介电常数ε_前、电导率σ_前和磁导率μ_前，并得到关注区域的扫描图，通过开挖前波速模型求出雷达波速v_前；深埋隧道开挖后，通过介电特性反演输出高精度介电常数ε和电导率σ，通过开挖后波速模型求出深埋隧道开挖后波速v；根据波速v计算松动圈厚度；通过波速v与雷达波速v_前比值的平方作为围岩松动圈完整程度的定量评价，根据岩石完整性指数划分情况表得出围岩松动圈等级。本发明解决了常规方法对深埋隧道爆破后松动圈范围测定遇到的测量精度不高、测量数据不可靠以及操作复杂等问题。

技术领域

本发明涉及深埋隧道及地下工程领域，尤其是针对围岩松动圈识别的一种高精确的研究方法，具体为一种基于探地雷达的深埋隧道围岩介电特性反演与松动圈范围识别方法。

背景技术

进入21世纪以来，我国隧道及地下工程得到了前所未有的发展，目前我国已经是世界上隧道及地下工程规模最大、数量最多、修建技术发展最快的国家。截至2020年底，我国投入运营的铁路隧道共16798座，总长约1963万米。从1980年至2020年的40年间，中国共建成隧道12412座，总长约17621km(占中国铁路隧道总长度的90％)。特别是近15年来，中国铁路隧道发展极为迅速，共建成铁路隧道9270座，总长约15321km(占中国铁路隧道总长度的78％)，由此可见，我国已经进入了隧道工程建设的高峰期，与此同时，深埋隧道逐渐增加，如：峨汉公路隧道最大埋深1944m；川藏铁路隧道最大埋深2600m。此外，在水电隧洞领域、矿山井巷领域以及能源储库领域也有大批深部工程建设，未来，我国深部地下工程建设将区域常态。

深埋隧道工程赋存地质环境极端复杂，高地应力、高地温、高渗透压等问题突出，与浅部地层相比，地质灾害发生频率更高、致灾机理更复杂。深埋隧道爆破开挖时不可避免的会对围岩产生损伤扰动，导致岩石原本稳定的应力状态受到不平衡影响，进入不稳定状态，岩石应力由三向应力状态转变成二向应力状态，一定范围内围岩会发生破裂，形成一个逐步趋于稳定的破碎带，此范围内围岩状态处于屈服状态，称为塑性松动圈，形成松动圈。

根据经验，围岩松动圈范围的厚度，是判断围岩是否稳定的依据，也是支护的关键依据。复杂条件下深埋隧道围岩松动圈范围更加难以确定。常用的测试方法中：声波法仪器操作简单但抗干扰性较差；多点位移法操作简单、测点少但周期长，测量精度低；地震波法测试精度高但安装困难，测试成本高；电阻率法布点方便、测试简单但对仪器精度要求高。

发明内容

发明目的：

本发明提出一种深埋隧道围岩介电特性反演与松动圈范围识别方法，其目的在于解决常规方法对深埋隧道爆破后松动圈范围测定遇到的测量精度不高、测量数据不可靠以及操作复杂等问题。基于地质雷达正演模拟与围岩介电特性反演理论，为松动圈识别提供了一种新方法。

本发明采用的技术方案为：

一种深埋隧道围岩介电特性反演与松动圈范围识别方法，其特征在于：

步骤一：在深埋隧道开挖前，进行雷达实地探测，确定区域的大小、介质类型以及地下工况，并输出探测数据和雷达扫描图；雷达实地探测后进行正演模拟，确定区域介电常数ε_前、电导率σ_前和磁导率μ_前，并得到区域的扫描图，通过开挖前波速模型求出岩石原始状态下雷达波速v_前；

步骤二：在深埋隧道开挖后，进行雷达实地探测和正演模拟输出松动圈材料的磁导率μ，通过介电特性反演输出介电常数ε和电导率σ，将松动圈材料的磁导率μ、介电常数ε代入开挖后波速模型求出深埋隧道开挖后波速v；