申请/专利权人：深地科学与工程云龙湖实验室;中国矿业大学

申请日：2023-12-14

公开（公告）日：2024-04-16

公开（公告）号：CN117890988A

主分类号：G01V3/38

分类号：G01V3/38

优先权：

专利状态码：在审-公开

法律状态：2024.04.16#公开

摘要：本发明公开了一种基于全方位环面电极布置的隧道地质异常超前探测方法，先在盾构机后方的隧道内布置全方位环面电极观测系统，并建立超前探测观测坐标系，通过全方位环面电极观测系统进行超前探测，获取对应的激励电流和电位数据，接着通过多方位环面电极同步耦合测量与增强叠加处理，进而形成虚拟电极坐标，并对虚拟电极产生的电极排列进行筛选，选出符合要求的电极排列获取其对应的数据进行后续视电阻率的计算，从而实现对地铁隧道掘进前方地质异常体的探测，相比于现有常规电阻率超前探测，本发明有效提升了超前探测的精度及覆盖范围。

主权项：1.一种基于全方位环面电极布置的隧道地质异常超前探测方法，其特征在于，具体步骤为：步骤一、布置全方位环面电极观测系统：根据前期的地质勘探情况，先采用盾构机沿着掘进方向施工一段距离后停止，在盾构机后方的已倔隧道内，从盾构机尾端开始等间距布设s个全方位环面电极组，每个全方位环面电极组均由6个环面电极组成，6个环面电极固定在已倔隧道的内壁上，且处在已倔隧道同一截面的圆周上并均分该圆周；相邻两个全方位环面电极组之间的水平间距为d；并从盾构机尾端开始对各个全方位环面电极组中各个环面电极依次编号；并在盾构机前方未掘进地层内通过地面钻孔放置一个测量电极，作为无穷远电极；步骤二、建立超前探测观测坐标系：将步骤一中最靠近盾构机尾端的全方位环面电极组所处圆周的圆心作为原点O，掘进的反方向作为X轴、垂直于X轴且朝向隧道顶部方向作为Z轴、垂直于X轴且朝向隧道水平侧部方向作为Y轴，建立超前探测观测坐标系；并根据该坐标系，依次得到s个全方位环面电极组中各个环面电极的空间坐标；步骤三、全方位环面电极观测系统进行超前探测：将各个全方位环面电极组中各个环面电极均接入并行电法仪，从盾构机尾端开始按照编号顺序对第1组到第m组中各个环面电极依次进行供电，当每个环面电极供电时记录此时的激励电流，s个全方位环面电极组中其余各个环面电极均进行电位数据采集，最终进行6*m次供电，从而获得每次供电对应的激励电流及电位数据采集；步骤四、计算各个全方位环面电极组的激励电流：根据步骤三记录的激励电流数据，将第1组内6个环面电极各自供电时记录的激励电流求平均，作为第1组的激励电流值；后续重复上述过程依次计算各组的激励电流值，从而获得第1组至第m组各自的激励电流值；步骤五、计算各个全方位环面电极组的一次场电位数据：根据步骤三采集的电位数据，当第1组中1号环面电极供电时，获取第2组所有环面电极采集到一次场电位数据并求平均得到U1,2,1,avg；当第1组中2号环面电极供电时，获取第2组所有环面电极采集到一次场电位数据并求平均得到U1,2,2,avg；依次类推，完成第1组中6个环面电极依次供电后，得到第2组不同电极供电时对应采集到一次场电位数据分别为U1,2,1,avg,U1,2,2,avgr,U1,2,3,avgr,U1,2,4,avg,U1,2,5,avg,U1,2,6,avg，接着对这6个数据求平均，作为第1组供电时第2组所有环面电极采集到一次场电位数据U1,2,avg；重复上述过程，当第1组中第1～6号环面电极依次供电时，依次获得第3组至第s组所有环面电极采集到一次场电位数据，分别为U1,3,avg、U1,4,avg……U1,s，avg；完成第1组供电时各组的电位数据的计算后，重复上述步骤，计算第2组供电时，第3组～第s组所有环面电极采集到一次场电位数据，分别为U2,3,avg、U2,4,avg……U2,s,avg；如此重复，直至计算第m组供电时，第m+1组～第s组所有环面电极采集到一次场电位数据，分别为Um,m+1,avg、Um,m+2,avg……Um,s,avg；步骤六、建立虚拟电极：根据步骤四和步骤五分别获得的数据，将每组全方位环面电极组中的圆心作为该组的虚拟电极，则在隧道的中心轴线上共形成s个虚拟电极，且每个虚拟电极均对应步骤四和步骤五获得的激励电流Iiavg和一次场电位数据Uijavg；并能获得各个虚拟电极的坐标；步骤七、筛选符合要求的虚拟电极排列：根据步骤六建立的虚拟电极坐标及数据，筛选出符合要求的虚拟电极排列；步骤八、对虚拟电极排列进行视电阻率计算：根据步骤七筛选后的虚拟电极排列及其对应的电位数据，进行视电阻率计算；步骤九、判断盾构机前方地质情况：根据步骤八获得的视电阻率数据，利用球壳理论进行超前偏移成像，获取前方地质异常发育位置。

全文数据：

权利要求：

百度查询： 深地科学与工程云龙湖实验室;中国矿业大学 基于全方位环面电极布置的隧道地质异常超前探测方法

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