瞬變電磁法在隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)中的應(yīng)用

鄧 普 羅 昊

（四川金通工程試驗(yàn)檢測有限公司，四川 成都 610000）

在我國西部，在經(jīng)過長達(dá)多年的隧道施工建設(shè)中，隧道的掘進(jìn)、襯砌支護(hù)等技術(shù)已經(jīng)有了很成熟的發(fā)展。如今，隧道工程建設(shè)的主要問題已經(jīng)轉(zhuǎn)變?yōu)楣こ痰刭|(zhì)的問題，無論是在設(shè)計(jì)、施工、造價(jià)、工期等都受到地質(zhì)條件的制約。不良地質(zhì)條件，尤其是在施工開挖階段所遇到的如涌水、突泥等工程地質(zhì)問題異常復(fù)雜，稍有不慎就會(huì)造成生命財(cái)產(chǎn)安全，因此，隧道不良地質(zhì)體的超前預(yù)報(bào)顯得尤為重要。

1 瞬變電磁法基本原理

瞬變電磁法的激勵(lì)場源主要有兩種，一種是回線形式（或載流線圈） 的磁源，另一種是接地電極形式的電流源。下面以均勻大地的瞬變電磁響應(yīng)為例，來討論回線形式磁偶源激發(fā)的瞬變電磁場，從而闡述瞬變電磁法測深的基本理論。

在導(dǎo)電率為σ、導(dǎo)磁率為μ 的均勻各向同性大地表面敷設(shè)面積為S 的矩形發(fā)射回線在回線中供以階躍脈沖電流

在電流斷開之前（t＜0 時(shí)），發(fā)射電流在回線周圍的大地和空間中建立起一個(gè)穩(wěn)定的磁場；在t=0 時(shí)刻，將電流突然斷開，由該電流產(chǎn)生的磁場也立即消失。一次磁場的這一劇烈變化通過空氣和地下導(dǎo)電介質(zhì)傳至回線周圍的大地中，并在大地中激發(fā)出感應(yīng)電流以維持發(fā)射電流斷開之前存在的磁場、使空間的磁場不會(huì)即刻消失。

由于介質(zhì)的歐姆損耗，這一感應(yīng)電流將迅速衰減，由它產(chǎn)生的磁場也隨之迅速衰減，這種迅速衰減的磁場又在其周圍的地下介質(zhì)中感應(yīng)出新的強(qiáng)度更弱的渦流。這一過程繼續(xù)下去，直至大地的歐姆損耗將磁場能量消耗完畢為止。這便是大地中的瞬變電磁過程，伴隨這一過程存在的電磁場便是大地的瞬變電磁場。

2 隧道測點(diǎn)布置及施工方法

以西南地區(qū)某隧道實(shí)際探測為例，本次探測隧道的掌子面所在里程為Z2K24+842，掌子面巖性為灰?guī)r，且?guī)r體穩(wěn)定性、完整性較好。

本次瞬變電磁法勘探儀器采用中煤科工集團(tuán)重慶研究院有限公司自主研發(fā)的YCS1024 礦用本安型瞬變電磁儀對隧道進(jìn)行檢測，裝置形式采用多匝重疊回線裝置，發(fā)射線框采用多匝1.5m×1.5m 矩形回線。本次探測分縱向和橫向兩種方式掃描，縱向方向掃描上下各60°范圍，每10°一個(gè)測點(diǎn)，共13 個(gè)測點(diǎn)；橫向方向掃描左右各60°范圍，每10°一個(gè)測點(diǎn)，共13 個(gè)測點(diǎn)，橫向共有2 個(gè)剖面的測量，分別為仰角0°、仰角30°，

3 瞬變電磁法的資料解釋

瞬變電磁法的資料解釋步驟是首先對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行去噪處理，根據(jù)晚期場公式計(jì)算視電阻率曲線，然后進(jìn)行時(shí)深轉(zhuǎn)換處理，得到各測線視電阻率斷面圖。最后，根據(jù)探測區(qū)域的地球物理特征、TEM 響應(yīng)的時(shí)間特性和空間分布特征并結(jié)合地質(zhì)資料進(jìn)行綜合解釋，劃分地層富水區(qū)分布范圍。

根據(jù)以上處理流程，對所采集隧道的橫向數(shù)據(jù)進(jìn)行分析如下：

野外采集數(shù)據(jù)經(jīng)過數(shù)據(jù)編輯、濾波處理、視電阻率計(jì)算、時(shí)深轉(zhuǎn)換等步驟，可得其視電阻率等值線圖。通過分析可知，掌子面正前方34～50m、右側(cè)10m～左側(cè)30m 范圍內(nèi)（紅線圈定區(qū)域） 視電阻率相對較低，分析為巖溶裂隙發(fā)育含水區(qū)域?，F(xiàn)掌子面正前方32～62m、右側(cè)23m～50m 范圍內(nèi)（紅線圈定區(qū)域） 視電阻率相對較低，分析為巖溶裂隙發(fā)育含水區(qū)域。

4 結(jié)論及建議

綜合物探成果和地質(zhì)資料分析，可推測得出如下幾點(diǎn)結(jié)論：

1） 現(xiàn)掌子面正前方32～62m 范圍內(nèi)（參考圖1 紅線圈定區(qū)域，Z2K24+876～Z2K24+904） 視電阻率相對較低，分析為巖溶裂隙發(fā)育含水區(qū)域；2） 本次探測成果與前期勘探成果等資料對比可知，兩者結(jié)論能相互印證；3） 從探測效果看，掌子面附近有臺(tái)車等機(jī)電設(shè)備，對感應(yīng)二次電磁場造成了一定的干擾，從而影響到了探測的準(zhǔn)確性。本次探測取得了初步的效果。但是任何物探技術(shù)手段都存在一定多解性和局限性。瞬變電磁法探測要與地質(zhì)分析、地質(zhì)鉆探相結(jié)合，根據(jù)現(xiàn)場具體水文地質(zhì)情況綜合分析，盡量降低物探資料的多解性；4） 建議在物探異常區(qū)，應(yīng)超前鉆探驗(yàn)證物探結(jié)果的準(zhǔn)確性，尤其是在施工經(jīng)過受巖溶或裂隙發(fā)育影響的Z2K24+876～Z2K24+904 段，應(yīng)優(yōu)化施工工藝，小藥量的短掘短進(jìn)、加強(qiáng)超前支護(hù)，做好防突泥、防突水、防坍塌等相關(guān)應(yīng)急措施。