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隧道超前地质预报
隧道超前地质预报
1 隧道超前地质预报及其目的与意义
隧道超前地质预报,就是利用一定的技术和手段探测、收集隧道所在地区岩体的有关资料,并运用相应的理论和规律对这些资料进行分析、研究,从而对施工掌子面前方岩体情况或成灾可能性做出预报。
在隧道建设中,一个突出的问题就是“如何爱护围岩,如何保护围岩”。
要达到这个目的,在隧道施工之前,必须充分认识和了解围岩,进行超前地质预报。
我国目前正在进行的大规模的基础设施建设中,包括有大量的铁路、公路、引水等隧道(隧洞)建设,其中有不少隧道处在复杂岩性、构造、高地应力地区,有些地区甚至被专家称为“地质博物馆”。
在隧道施工中由于对施工前方地质条件的不了解造成的隧道坍塌、突水等事故时有发生。
因此在隧道施工中采用地质超前预报技术,特别是采用国际先进的地质超前预报技术对提高我国隧道施工技术水平大有裨益。
超前地质预报为隧道掘进施工中隧洞地质监测的重要组成部分,它包括隧洞围岩描述、水文地质监测、施工地质测绘、围岩变形监测、围岩类别判别、仪器现场量测、不良地质体预报及相应的地质、测试资料分析和成果整理等工作,并及时提供超前地质预报成果资料。
如何在隧道掘进前应用不同的超前地质预报技术,对掌子面前方地质情况做进一步地探查,是当前隧道工程施工的迫切需求。
这不但可以弥补现有的地表勘察方法的不足,而且还可大大降低各种地质灾害发生的机率。
施工中通过超前预报,可及时发现异常情况,预报掌子面前方不良对象(断裂、溶洞、破碎带等)的性质、规模,不良地质体的位置、产状及围岩结构的完整性与含水的可能性,为正确选择开挖断面、支护设计参数和优化施工方案提供依据,并为防止隧洞涌水、突泥、突气等可能形成的灾害与事故及时提供信息,使施工单位提前做好施工准备,保证施工安全同,同时还可节约大量资金。
所以隧洞超前预报对于安全、科学施工,提高施工效率,缩短施工周期,避免事故损失,节约投资等具有重大的社会效益和经济效益。
隧道施工期地质超前预报由来很久,国外如英、法、日、德等国家均将此列为隧道工程建设的重要研究内容。
在勘察设计阶段,依靠区域地质资料、卫星遥感手段、大面积调绘、钻探以及物探方法等综合勘察手段,可查明重要的地质问题,确定影响较大的地质构造和主要不良地质体,对隧道设计施工起到宏观指导作用。
但是由于隧道围岩地质条件的复杂性、多变性,在勘察阶段要准确无误地确定工程岩体的状态、特征,并准确预测隧道施工中可能引发的地质灾害的位置、规模及性质是十分困难的。
在隧道施工阶段,重视和加强地质超前预报,最大限度地利用地质理论和先进的地质超前预报技术,预测施工掌子面前方的地质情况,对于安全施工、提高工效、缩短施工周期、避免事故损失具有重大意义。
施工地质超前预报是一项系统性工作,需纳入施工工序。
我国隧道施工期地质超前预报研究始于上世纪50年代末。
但真正应用于隧道工程建设(包括其他地下工程),是在上世纪70年代末以我国工程地质界老前辈谷德振教授等根据矿巷施工进度和掌子面地质性状做出的矿巷前方将遇到断层并将引发塌方的成功预报为序,开始了我国隧道施工期地质超前预报的研究和应用,现在已取的了很大的进步。
自上世纪八十年代以来,在大瑶山隧道、大秦线军都山隧道、朔黄线长梁山隧道、西康线秦岭隧道、渝怀线圆梁山隧道、新原高速公路雁门关隧道等施工中陆续开展了地质超前预报工作,并贯穿于隧道施工的全过程,取得了较好的效果。
2 隧道超前地质预报方法
超前地质预报方法有多种,归纳起来可分为两大类:
直接方法、间接方法。
(1)所谓直接方法,就是通常所说的地质法和钻探法。
例如在隧道勘测设计阶段,对隧道沿线进行地质调查,观察地表岩层露头,钻孔勘探,从而获得地质信息,作为隧道预设计的依据。
在开挖过程中,实验地质跟踪调查推断法,通过观测已开挖的围岩状况,进行地质描述,做出施工记录,推断前方围岩状况,或进行超前钻探,即在掌子面进行钻孔取芯,直接获得前方短距离地质信息。
(2)所谓间接法,就是使用地球物理技术进行勘探,亦称为物探法。
目前,国内外采用的物探预报方法主要有地面电测深法、地面浅层地震法、地震反射波预报法(包括TSP、TRT等)、洞内地质雷达法、洞内瞬变电磁法等。
前面两种方法主要用于勘察设计阶段,所得到的资料相对较粗,后三种方法主要在施工阶段对掌子面前开展探测和预报,其精度比前者高。
物探方法具有操作方便,预测范围大,速度快、精度高、费用省,有利于提高隧道掘进的进度。
随着计算机技术和软件正、反演技术的发展,物探方法在隧道地质超前预报中的准确性和适用性愈来愈广范。
但由于物探方法是一种非直接采集地质信息方法,其多解性始终存在,所以,在用物探法进行地质预报时,应使用两种以上不同物性方法进行相互印证和判断,同时与地质调查和钻探资料或其他直接资料相结合进行综合分析研究,才能保证其准确性和可靠性。
从广义上讲,凡是通过各种手段,在隧道施工之前,预报出的地质信息,都应称为超前预报。
从狭义上讲,只是在施工过程中,对掌子面进深向的围岩,提前预报出的地质信息,使施工者及时调整开挖方法,和呈报上级更改设计,以做到安全施工,确保工程质量。
隧道施工超前地质预报的主要内容包括地层岩性、褶皱、断层、岩脉、破碎带、长大节理、地下水状况、地应力状况、岩性和围岩类别等。
预报的重点是断层、岩脉、破碎带、溶洞、暗河、煤系地层及其它不良地质体在掌子面前方的出露位置和对施工的影响。
地质超前预报包括隧道所在地区地质分析与宏观预报、隧道洞身及围岩不良地质体超前地质预报和重大施工地质灾害临近警报。
(1)隧道所在地区地质分析与宏观地质预报:
预报开挖面前方的围岩级别、稳定性,随时提出修改设计,调整支护类型;预报洞内涌水量大小和变化规律以及对环境地质与工程的影响。
(2)隧道洞身不良地质及灾害地质超前预报:
预报掌子面前方岩性变化和不良地质体的范围、规模、性质,以及突水、突泥、坍塌、岩爆、有害气体等灾害地质的发生概率,提出施工预防措施。
预报断层的位置、宽度、产状、性质、破碎带物质状态、充水情况、稳定程度等,提出施工对策。
(3)重大施工地质灾害临警预报:
针对掌子面前方有可能引发的大规模突水、突泥、坍塌、冒落、变形、瓦斯爆炸等重大地质灾害建立临警预报系统,主要预报隧道洞身所通过的深大富水断裂、富水向斜的核部、富水砂层、软土、极软岩、煤系地层等,评判其危害程度,提出施工方案对策。
复杂隧道综合超前地质预报内容如图2.1所示。
图2.1复杂隧道综合超前地质预报内容
隧道施工地质超前预报方法主要有以下几种:
传统地质分析法、超前导坑预报法、超前水平钻孔法、物探法以及特殊灾害地质所采用的相关预测方法。
过去的超前地质预报主要有超前导坑、超前钻孔等方法,这些方法工期长、费用高,其应用渐渐受到较大限制。
物探(地球物理勘探)是间接、无损的勘探手段,可得到较大范围内地质体的物理性质资料。
近年来,随着技术的不断发展,仪器设备的改进,在一些长大深埋隧道的超前地质预报中,物探方法得以推广应用,并取得了较好效果。
目前利用物探进行超前地质预报的方法较多,有地质雷达法、瑞雷面波法、声波法、TSP法等。
2.1 地质分析法
工程地质跟踪与推断法是隧道地质超前预报最基本的方法,通过对地表和隧道内的工程地质调查与分析,了解隧道所处地段的地质结构特征,推断前方的地质情况。
工程地质调查与推断法可以随时进行,不干扰施工,其他预报方法的解释应用,都是在地质资料分析判断基础上进行的。
通过收集分析地质资料,地表详细调查,隧道内地质编录、素描、数码照相、超前风钻、涌水量预测等方法,了解隧道所处地段的地质条件,运用地质学理论,对比、论证、推断,预报特长隧道施工前方的工程地质、水文地质情况。
通过对洞内掌子面涌水量动态变化的长期观测记录,掌握地下水初期涌水量、衰减涌水量和稳定涌水量的变化规律,综合分析地层、断层等构造以及基岩裂隙水运动特点,查明地下水的补给、径流及排泄途径,预报未开挖段水文地质情况。
对隧道开挖前涌水量的定量预测,往往与隧道开挖实际涌水量有一定的差距,应进行对比分析,总结经验,提高预报水平。
如地质素描(数码成象)是一种常用地质超前预报方法,对洞顶及洞壁:
采用数码相机或数码摄像机对洞壁、洞顶、洞底等按里程连续拍摄图像,采用计算机对图像进行拼接,并将地质成果(如产状、断层、褶皱、突水点、突泥点、塌方点、不良地质等)反映在图像成果上(包括正洞、超前平导和辅助导坑洞壁地质及掌子面地质素描);对掌子面:
对于地层变化点、构造点等进行数码成象,并将地质成果(如产状、断层、褶皱、突水点、突泥点、塌方点、不良地质等)反映在图像成果上。
在隧道埋深较浅、地质构造简单的条件下,这种预报方法有很高的准确性。
该方法与其他物探方法相结合,可以取得更好的效果。
但是在地质条件比较复杂地区和深埋隧道的情况下,该方法工作难度较大,预报只能做定性分析,准确性还有待于提高。
2.2 超前水平钻孔法
用钻探设备向掌子面前方钻探,直接揭示隧道掌子面前方几十米的地层岩性、岩体结构、构造、地下水、岩溶洞穴充填物及其性质、岩体完整程度等资料,还可通过岩芯试验获得岩石强度等定量指标,适用于已经基本认定的主要不良地质区段。
常用有单孔水平钻探、多孔水平钻探、多孔CT、孔内数码成象等。
隧道超前水平钻探 超前水平钻孔出水情况
超前水平钻孔法是在隧道内安放水平钻机进行水平钻进,根据隧道中线水平方向上的钻孔资料来推断隧道前方的地质情况。
钻孔数量、角度及钻孔长度可人为设计和控制。
一般可根据钻进速度的变化、钻孔取芯鉴定、钻孔冲洗液的颜色与气味、岩粉以及在钻探过程中遇到的其他情况来判断。
超前水平钻孔法可以直观地反映岩体的大致情况,施工管理人员可根据现场的地质情况来安排下一步的施工。
该方法也存在着不足之处:
一是对复杂地质条件的预报效果较差,很难预测到正洞掌子面前方的小断层和贯穿性大节理,特别是与隧道轴线平行的结构面其预报无反映;二是钻孔与钻孔之间的地质情况反映不出来。
超前水平钻孔的方向控制和钻探工艺有一定的技术难度,对施工干扰大。
2.3超前导坑预报法
超前导坑法可分为超前平行导坑法和超前正洞导坑法。
平行导坑的布置平行于正洞,断面小而且与正洞之间有一定的距离。
在隧道上导坑或隧道的附近开挖一平行的小断面导坑,对导坑出露的构造、结构面或地下水等地质情况进行地质编录、绘制地质素描图,综合分析其地层岩性、地质构造、水文地质情况,根据地质理论预测相应段隧道正洞的工程地质和水文地质条件,以及可能发生地质灾害的位置、性质、规模,并提出防治措施。
平行导坑超前预报的距离越长,预报也越早,施工中就有充分的时间准备,可以增加工作面,加快施工进度,还可以起到排水减压、改善通风条件和探明地质构造条件的作用。
采用超前平行导坑进行预报比较直观,预报的距离长,精确度很高,通过直观的地质情况,可提前了解隧道正洞开挖断面的地质情况,便于施工人员安排施工计划和调整施工方案,采取相应的工程防护措施。
在超前平行导坑中辅助以室内物理力学测试、现场点荷载测试、地应力测试、物探地震反射等方法,可以完善地质超前预报的内容。
在秦岭特长双线隧道施工中,运用超前平行导坑法超前预报断层破碎带、富水段、挤压破碎带、岩爆点、坍塌、涌水取得了成功。
超前正洞导坑布置在正洞中,其效果比平行导坑更好。
但是采用超前导坑法进行预报也有缺陷:
一是成本太高,有时需要对全洞进行平导开挖;二是在构造复杂的地区准确度不高。
2.4 地球物理探测法
地球物理探测是间接、无损的测试手段。
近年来,为准确、快速地把握岩体软弱结构面和岩层结构,地球物理探测方法已越来越受到人们普遍的重视,该方法以其成本低、探测距离远,对施工干扰相对小、可以多种技术组合应用,且在横向上能够连续采集围岩内部信息等优点已成为岩层软弱结构面等不良地质体的位置、规模探测的有力技术手段。
物探方法的应用受环境及经验的影响,准确解释物探资料具有一定的技术难度。
物探技术存在一定局限性,在地质超前预报中应进一步结合地质理论,提高物探成果解译水平。
但物探技术已经是现今隧道超前预报中不可缺少的核心手段。
常用的方法有地震反射波法、声波测试、红外探水、电磁波法等。
2.4.1声波法
声波对裂隙反应很敏感,遇到裂隙即发生介面效应,耗损波能,波形变复杂,波速减缓,此外,声波速度的大小还与岩体强度有关。
声波测试方法主要有岩面测试和孔内测试两种,其中孔内测试又分为单孔和双孔测试,目前应用的方法有HSP法和CT法。
一、水平地震剖面法(HSP)
HSP声波反射法和地震波探测原理基本相同,其原理是建立在弹性波理论基础上的,传播过程遵循惠更斯-菲涅尔原理和费马原理,探测的物理前提是岩体间或不同地质体间明显的声学特性差异。
测试时,在隧道底部或边墙一点用大锤敲击木桩作震源触发换能器发射低频声波信号,在另一点接收反射波信号。
信号采集和数据储存都通过便携式计算机控制。
采用时域、频域分析探测反射波信号,进一步分析确定岩溶填充物边界或深度。
水平地震剖面法与“负视速度法”同为铁道部20世纪90年代初“隧道施工不良地质体超前预报”课题的子课题,由中铁西南科学研究院研究开发。
其观测方式与“负视速度法”略有不同,它是在隧道的一个侧壁上规则的设置激发点,另一侧壁上规则布置接收点,接收施工开挖面前方的反射信息,根据反射波走时曲线(双曲线)确定前方不良地质体的位置。
在探测时激发孔和接收孔各布设12个,孔径Φ32~45mm孔深1.5m。
该预报方法在资料分析中需要读取反射波走时数据,然后计算反射界面的位置,对于多组构造相交的复杂地质体很难读到较多的反射震相来判断构造组合。
二、弹性波CT方法
弹性波CT方法,又称地震波层析成像技术。
这种技术利用大量的地震波速度信息进行专门的反演计算,得到测区内岩土体弹性波速度的分布规律。
利用这种方法探查岩溶的分布、形态及连通性与其它测试方法比较,分辨率高、效率高、空间位置准确。
在岩溶发育地区进行工程勘察,采用常规钻探与弹性波CT成像相结合的勘察方法,可消除工程安全隐患。
①岩面测试是在已开挖地段进行的,由于隧道开挖放炮形成许多张裂隙,所测表面岩石波速比实际岩体的波速略偏低。
②孔内测试分为单孔和双孔两种。
单孔测试是将发射源和接收器放在同一孔内,但只能测到钻孔周围一倍波长左右范围内的地质情况。
双孔测试是将发射源和接收器放在不同的钻孔内,测试两孔之间的岩体波速。
③孔内测试按耦合方式又分为干孔和湿孔两种。
湿孔测试是向钻孔内灌水耦合,但由于水充填了裂隙影响测试结果,往往使测试波速偏高,岩石越破碎偏差越大。
干孔测试是在发射器和接收器的外面套上环行胶囊,然后再向胶囊内注水,使接收器、发射器和孔壁耦合,其测试结果比较真实。
2.4.2红外线超前探水
所有物体都能发射出不可见的红外线能量,能量的大小与物体的发射率成正比,而发射率的大小取决于物体的物质组成和它的表面状况。
当隧道掌子面前方及周边介质单一时,所测得的红外场为正常场,当其前方存在隐伏含水构造或有水时,则所产生的场强要叠加到正常场上,从而使正常场产生畸变。
据此可判断掌子面前方一定范围内有无含水构造。
地下水的活动会引起岩体红外辐射场强的变化,探测掌子面或洞壁四周这种变化,可以推测是否有隐伏的含水体。
该方法测量快速,施工干扰小,有较高的定性判别准确率,但无法预报水量和含水体前方具体位置等定量指标。
圆梁山隧道在进出口正洞、平导和泄水洞采用了红外探水法,判断有水的准确率较高。
红外线超前探水具有设备简单、成本低、操作方便、体积小、占用作业时间少等特点,已得到公路、铁路、水电煤炭等部门的重视和开发及应用。
2.4.3电磁波法
电磁波法是利用电磁波在不同介质中产生透射、反射的特性来进行地质预报,目前常用的方法有地质雷达(GroundPenetratingRadar-GPR)。
地质雷达是目前分辩率最高的工程地球物理方法,在质量无损检测、工程场地勘察中已得到认可并被广泛采用,近年来也用于隧道施工超前预报工作中,并且取得了较好的应用效果。
地质雷达能发现隧道施工开挖面前方20~30m地层的变化。
地质雷达属于电磁波探测技术,是基于不同介质的电性差异,利用高频电磁波,探测隐蔽介质分布和目标体的一种高新地球物理方法。
当发射天线以宽频带、短脉冲方式向地下发射电磁波时,遇到具有不同介电特性的介质时(如空洞、分界面),将产生反射波和透射波。
接收机利用分时采样原理和数据组合方式,把天线接收的信号转化为数字信号,主机系统再将数字信号转化为模拟信号或彩色线迹信号,并以时间剖面的形式显示出来。
探测距离一般小于30m,在潮湿含水层中小于10m。
由于电磁波对水敏感,所以,对于断裂带特别是含水带、破碎带地层,地质雷达有较高的识别能力,通过测定与岩溶含水性有关介电常数的变化来探测充水地质体,如含水的断层、岩性界面和溶洞等。
在深埋隧道和富水地层以及溶洞发育地区,地质雷达是一个很好的预报手段。
试验表明,采用地质雷达对隧底、边墙、隧顶外围岩的不良地质探测效果最好,在超前平导中应用可对正洞起到超前预报的作用。
但是,目前其探测的距离较短,对于长隧道的预报只能多次分段进行地层,地质雷达同时雷达天线易受洞内金属和机电设施的干扰,探测分析中要特别主要波相识别,排除干扰。
2.4.4地震波法
总体来讲,采用地震反射波法进行超前地质预报,其预报距离相对较长,对大的构造尤其是张性结构面反映明显,对软硬岩的变化点也有较好的反映。
应用的方法有TSP法、负视速度法、TRT法、多波工程地震仪法。
一、TSP超前预报系统
TSP为TunnelSeismicPredictionahead的英文缩写,即隧道地震波超前预报。
TSP超前预报方法属多波多分量高分辨率水平地震反射波探测技术,是由瑞士安伯格(Amberg)测量技术公司开发的探测设备,专门用于隧道及地下工程的超前地质预报,它是目前世界上在这个领域最先进的科技成果。
该方法具有适用范围广、预报距离长、时间短、对施工干扰小、费用少等优点,它的预报距离为地质雷达的4~12倍。
在欧洲、亚洲有广泛的应用,中国也先后引进了多套TSP202/TSP203超前预报系统,在渝怀线金顶隧道、祁连山乌鞘岭特长隧道等许多工程中进行了多次实验性预报和生产性预报,对煤层、断层、岩溶等不良地质与特殊地质进行超前预报,经施工开挖验证,其预报结果与实际地质情况基本吻合,对施工具有很大的指导意义。
TSP技术在隧道反射地震方面是有较强的实用性,但是,由于受观测方式的限制,不可能对断层的产状、位置和岩体波速等参量同时给出准确的结果,因而在定位精度和岩体类别划分方面还有待改进。
二、地震负视速度法
我国是较早应用地震反射技术开展隧道地质超前预报技术研究的国家之一。
铁路系统在20世纪90年代初就开始设课题进行了专门研究,比较有代表性的有铁道部第一勘测设计院物探队提出了“负视速度方法”。
地震负视速度法的原理是利用地震波在不均匀地层中产生的反射波特征,来预报隧道掌子面前方及周围区域的地质情况。
其基本原理是:
在隧道掌子面后方一定距离,沿边墙布置激振点和系列接受点,接收点和激发点在同一条平行于隧道轴的直线上,激发时产生的地震波信号在围岩中传播,当有断层或岩层变化界面时产生反射波,返回的信号被接受点的检波器接受,利用直达波速估计岩体波速,利用反射波走时曲线与直达波走时曲线的交点推测前方反射界面的位置;对纵、横波共同分析还可了解反射界面两侧岩性、密实程度的变化。
负视速度法是将常规地震勘探中的钻孔垂直地震剖面法应用于水平状态的隧道中,具有明显的方向特征,开挖面前方反射信息不受周围干扰,识别不良地质体界面的精确度高,预报距离可达100m以上,对施工干扰很小。
观测和分析方法与垂直地震测井方法有很多相似之处,所以有时也称“垂直剖面法”。
检波器和炮点埋入到隧道侧壁岩体中1~1.5m,有效地避免了面波和隧道柱波的干扰,提高了信噪比,研究和应用结果表明,在很多情况下这种方法是很有效的。
对于前方规模较大的不良地质体能可靠地预报,但很难对前方岩体工程类别的变化提供更可靠的信息。
该方法虽在铁路、水电等系统隧道超前预报广泛应用,但由于研究没有继续深入,特别是没有开发出一套处理分析程序,对于不良地质体性质的判别和定位等方面更多地依赖于经验和对于周围工程地质条件的了解。
在长梁山隧道、圆梁山隧道施工中采用负视速度法,预报掌子面前方约100m范围内的不良地质体的位置和规模性质成功率较高。
三、TRT超前预报技术
TRT技术的全称是“真正反射层析成像”(TrueReflectionTomography)是由美国NSA工程公司近年来开发的,在欧洲、亚洲开始应用。
应用TRT技术进行超前预报的第一个例子是在Blisadona隧道.该隧道的实验表明在坚硬的结晶岩地段,IRT技术可预报长度100~150m,在软弱土层和破碎岩体地段可预报60~90m。
另一成功的例子是奥地利的过阿尔卑斯山的铁路双线隧道,隧道长1076m,段面积100m2。
施工中进行了全程的超前预报,对于岩性变化界面和断裂破碎带进行了预报,其结果与施工揭露的地质情况基本一致。
TRT方法在观测方式和资料处理方法上与普通的地震反射波法有很大不同。
虽然在观测上也是利用反射地震波,但它采用空间多点接收和激发,接收点和激发点呈空间分布,可充分获得空间波场信息,以提高不良地质体的定位精度。
TRT资料处理方法的关键技术是速度扫描和偏移成像,不需要读走时。
该方法对岩体中反射界面位置的确定、岩体波速和工程类别的划分等都有较高的精度,应较TSP方法有较大的改进。
四、多波工程地震仪法
多波工程地震仪测试方法有自激自收(反射波)法和瑞雷波法两种。
自激自收法和地质雷达的探测方法相近,是零(或极小)偏移距状态下的反射波法探测。
由震源激发的地震波在向下传播时,当遇到不同的波阻抗界面,如空洞、断层破碎带和岩性界面等,就会在界面上发生反射,其反射系数为R,R越大,反射信号能量越强。
自激自收反射波法探测就是基于这一原理,通过激发和接收地震反射波信号来研究各种地质现象的。
反射波法超前预报是根据在测线的不同位置上提供的反射时间的变化来反映隧道掌子面前方地层的变化及构造形态。
根据地震波从掌子面开始向前传播的时刻(即震动或爆炸的时刻)和地层分界面反射波到达掌子面的时刻,得出地震波从掌子面向前传播到达不同地层分界面,又反射回掌子面的总时间,再根据地质勘探资料或用其它方法测定出地震波在岩层中传播的速度,从而计算得出地层分界面的埋藏深度或距掌子面的距离。
瑞雷波法是一种利用瑞雷波的运动学特征和动力学特征来进行工程质量检测及工程地质勘察的物探方法。
在自由界面上进行竖向激振时,均会在其表面附近产生瑞雷波。
瑞雷波能量主要集中在地表下一个波长的范围内,而传播速度代表着半个波长范围内介质震动的平均传播速度。
瑞雷波法的测试深度和波长密切相关,而波长与波速及频率有关:
当速度不变时,频率越低,测试深度就越大。
五、BEAM法
BEAM法(Bore-TunnellingElectricalAheadMonitoring),这是国际上当前唯一的一种电法超前预报方法,是德国GEOHYDRAULIKDATA公司推出的产品。
该方法是一种聚焦电流频率域的激发极化方法,其最大特点是通过外围的环状电极发射一个屏蔽电流和在内部发射一个测量电流,以便使电流聚焦进入要探测的岩体中,通过得到一个与岩体中孔隙(空隙)有关的电能储存能力的参数PFE(Percentagefrequencyeffect)的变化,预报前方的岩体的完整性和含水性;它的另一个特点是所有的装置都安装在盾构挖掘机的刀头(测量电极)和外侧钢环(屏蔽电流)上,也可安装在钻爆法施工的钻头的前方(测量电极)及两侧钢架(屏蔽电流)上,随着隧道掘进,连续不断获得成果,并适时处理得出掌子面前方的PFE的曲线。
从曲线推断预报前方岩体的性状及含水情况。
这种仪器在欧洲许
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