瞬變電磁法在隧道超前地質預報中的應用

鄧 普 羅 昊

（四川金通工程試驗檢測有限公司，四川 成都 610000）

在我國西部，在經過長達多年的隧道施工建設中，隧道的掘進、襯砌支護等技術已經有了很成熟的發展。如今，隧道工程建設的主要問題已經轉變為工程地質的問題，無論是在設計、施工、造價、工期等都受到地質條件的制約。不良地質條件，尤其是在施工開挖階段所遇到的如涌水、突泥等工程地質問題異常復雜，稍有不慎就會造成生命財產安全，因此，隧道不良地質體的超前預報顯得尤為重要。

1 瞬變電磁法基本原理

瞬變電磁法的激勵場源主要有兩種，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為例，來討論回線形式磁偶源激發的瞬變電磁場，從而闡述瞬變電磁法測深的基本理論。

在導電率為σ、導磁率為μ 的均勻各向同性大地表面敷設面積為S 的矩形發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），發射電流在回線周圍的大地和空間中建立起一個穩定的磁場；在t=0 時刻，將電流突然斷開，由該電流產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電介質傳至回線周圍的大地中，并在大地中激發出感應電流以維持發射電流斷開之前存在的磁場、使空間的磁場不會即刻消失。

由于介質的歐姆損耗，這一感應電流將迅速衰減，由它產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中感應出新的強度更弱的渦流。這一過程繼續下去，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 隧道測點布置及施工方法

以西南地區某隧道實際探測為例，本次探測隧道的掌子面所在里程為Z2K24+842，掌子面巖性為灰巖，且巖體穩定性、完整性較好。

本次瞬變電磁法勘探儀器采用中煤科工集團重慶研究院有限公司自主研發的YCS1024 礦用本安型瞬變電磁儀對隧道進行檢測，裝置形式采用多匝重疊回線裝置，發射線框采用多匝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°一個測點，共13 個測點；橫向方向掃描左右各60°范圍，每10°一個測點，共13 個測點，橫向共有2 個剖面的測量，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據進行去噪處理，根據晚期場公式計算視電阻率曲線，然后進行時深轉換處理，得到各測線視電阻率斷面圖。最后，根據探測區域的地球物理特征、TEM 響應的時間特性和空間分布特征并結合地質資料進行綜合解釋，劃分地層富水區分布范圍。

根據以上處理流程，對所采集隧道的橫向數據進行分析如下：

野外采集數據經過數據編輯、濾波處理、視電阻率計算、時深轉換等步驟，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10m～左側30m 范圍內（紅線圈定區域） 視電阻率相對較低，分析為巖溶裂隙發育含水區域。現掌子面正前方32～62m、右側23m～50m 范圍內（紅線圈定區域） 視電阻率相對較低，分析為巖溶裂隙發育含水區域。

4 結論及建議

綜合物探成果和地質資料分析，可推測得出如下幾點結論：

1） 現掌子面正前方32～62m 范圍內（參考圖1 紅線圈定區域，Z2K24+876～Z2K24+904） 視電阻率相對較低，分析為巖溶裂隙發育含水區域；2） 本次探測成果與前期勘探成果等資料對比可知，兩者結論能相互印證；3） 從探測效果看，掌子面附近有臺車等機電設備，對感應二次電磁場造成了一定的干擾，從而影響到了探測的準確性。本次探測取得了初步的效果。但是任何物探技術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分析、地質鉆探相結合，根據現場具體水文地質情況綜合分析，盡量降低物探資料的多解性；4） 建議在物探異常區，應超前鉆探驗證物探結果的準確性，尤其是在施工經過受巖溶或裂隙發育影響的Z2K24+876～Z2K24+904 段，應優化施工工藝，小藥量的短掘短進、加強超前支護，做好防突泥、防突水、防坍塌等相關應急措施。