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瞬变电磁法在超前探测富水区中的应用
ｓ ｅ ｎ ｓ ｉ ｔ ｉ ｖ ｅ ａ ｎ ｄ ｈ ｉ ｇ ｈ ｒ ｅ ｓ ｏ ｌ ｕ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ Ｔ ＥＭ ｔ ｏ ｌ ｏ ｗ ｒ ｅ ｓ ｉ ｓ ｔ ｉ ｖ ｉ ｔ ｙ ｂ ｏ ｄ ｙ ｔ ｏ ｄ ｏ ａ ｄ ｖ ａ ｎ ｃ ｅ ｄ ｄ ｅ ｔ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉБайду номын сангаасｎ ｒ ｏ ａ ｄ ｗ ａ ｙ ｉ ｎ Ｊ ｉ ｎ ｎ ｉ ｕ Ｃ ｏ ａ ｌ Ｍｉ ｎ ｅ ．Ｃ ｏ ｍｐ ａ ｒ ｅ ｄ
２ ０ １ ５年第 ９期 （ 总第 １ ２ ０期 ）
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２ ０ １ ５年 ９月
瞬变电磁法在隧道超前地质预报中的应用
建材发展导向2019年第18期瞬变电磁法在隧道超前地质预报中的应用邓普罗昊（四川金通工程试验检测有限公司，四川成都610000）摘要：瞬变电磁法对低阻体(水体)具有极高的敏感度,所以将其应用于隧道含水不良地质体的超前预报中定会有很好的发展前景。
通过对西南地区某隧道进行实地探测,通过对所探测数据的解释分析和比对地质资料表明:瞬变电磁法在隧道含水不良地质体具有的超前预报应用中有很好的效果。
关键词：电磁;布置在我国西部,在经过长达多年的隧道施工建设中,隧道的掘进、衬砌支护等技术已经有了很成熟的发展。
如今,隧道工程建设的主要问题已经转变为工程地质的问题,无论是在设计、施工、造价、工期等都受到地质条件的制约。
不良地质条件,尤其是在施工开挖阶段所遇到的如涌水、突泥等工程地质问题异常复杂,稍有不慎就会造成生命财产安全,因此,隧道不良地质体的超前预报显得尤为重要。
1瞬变电磁法基本原理瞬变电磁法的激励场源主要有两种,一种是回线形式(或载流线圈)的磁源,另一种是接地电极形式的电流源。
下面以均匀大地的瞬变电磁响应为例,来讨论回线形式磁偶源激发的瞬变电磁场,从而阐述瞬变电磁法测深的基本理论。
在导电率为σ、导磁率为μ的均匀各向同性大地表面敷设面积为S 的矩形发射回线在回线中供以阶跃脉冲电流I (t )=I t <00t ≥0{(1)在电流断开之前(t <0时),发射电流在回线周围的大地和空间中建立起一个稳定的磁场;在t =0时刻,将电流突然断开,由该电流产生的磁场也立即消失。
一次磁场的这一剧烈变化通过空气和地下导电介质传至回线周围的大地中,并在大地中激发出感应电流以维持发射电流断开之前存在的磁场、使空间的磁场不会即刻消失。
由于介质的欧姆损耗,这一感应电流将迅速衰减,由它产生的磁场也随之迅速衰减,这种迅速衰减的磁场又在其周围的地下介质中感应出新的强度更弱的涡流。
这一过程继续下去,直至大地的欧姆损耗将磁场能量消耗完毕为止。
瞬变电磁法在隧道围岩含水超前探测中的实际应用及影响因素探讨
瞬变电磁法在隧道围岩含水超前探测中的实际应用及影响因素探讨发布时间：2021-04-12T02:06:30.427Z 来源：《防护工程》2021年2期作者：李先延1 李明跃2 赵欢2 闫文佳2 [导读] 本文主要论述了瞬变电磁法对隧道围岩含水超前探测结果的有效性，并总结了影响隧道围岩含水超前探测效果的主要因素。
1.云南保泸高速公路有限公司云南昆明 650051；2.云南云岭高速公路工程咨询有限公司云南昆明 650051摘要：本文主要论述了瞬变电磁法对隧道围岩含水超前探测结果的有效性，并总结了影响隧道围岩含水超前探测效果的主要因素。
通过连续对隧道围岩含水探测的实例证明瞬变电磁法可以解决隧道围岩含水探测的相关需求，并对后续隧道围岩含水探测工作提供了很好的适用方法。
关键词：瞬变电磁法；隧道围岩；含水探测；工作原理；影响因素随着云南省高速公路的快速发展建设，为了跨越山岭满足路线线形要求，深埋特长隧道不断涌现。
云南省地质条件复杂，深埋隧道受地层岩性、地质构造等因素控制，在岩体破碎、断裂构造复杂区域围岩坍塌、涌水、突泥等灾害频发，施工难度不断剧增。
如何及时准确地超前探测隧道地下水已是当前隧道施工的主要攻坚难题，隧道围岩含水超前探测的重要性和作用显著提高。
老营特长隧道作为云南保泸高速公路的控制性工程，隧址区地质构造复杂，穿越多条区域性断裂，分布有松散岩类孔隙水、碎屑岩裂隙水和碳酸盐类裂隙岩溶水，富水性受岩性、构造、地貌等因素综合控制，隧道区工程地质条件和水文地质条件复杂。
采用瞬变电磁法对隧道围岩含水超前探测预报，能够有效降低和避免隧道施工过程中涌水、突泥等地质灾害，降低事故率，确保安全施工。
1 隧道概况老营隧道为保泸高速公路的控制重难点工程，为分离式隧道，右幅起点K1+435，终点K12+955，右幅隧道长11520m，最大埋深1255.01m；左幅起点K1+550，终点K12+980，左幅隧道长11430m，最大埋深1259.03m。
瞬变电磁法（TEM）在高速公路隧道围岩含水超前探测中的应用
瞬变电磁法（ TEM）在高速公路隧道围岩含水超前探测中的应用摘要：瞬变电磁法测深是以电阻率的差异来区分岩性及构造体并根据电阻率值的大小以及在地下的展布形式来识别地下地质体的空间分布和性质的一种物探方法[1]。
本文采用瞬变电磁法对云南某高速公路隧道一端掌子面前方及周边围岩含水情况开展超前探测，分析掌子面前方岩体结构地下水的分布特征。
关键词：瞬变电磁法；超前探测；裂隙水；高速公路隧道瞬变电磁法或称时间域电磁法(Time domain electromagnetic methods)，简称TEM，它是利用不接地回线或接地线源向地下发射一次脉冲电磁场，在一次脉冲电磁场间歇期间，利用不接地线圈或接地电极观测二次涡流场的方法。
图1为其基本工作方法：于边墙或掌子面设置通以一定波形电流的发射线圈，从而在其周围空间产生一次磁场，并在地下导电岩矿体中产生感应电流。
断电后，感应电流由于热损耗而随时间衰减[2]。
衰减过程一般分为早、中和晚期。
早期的电磁场相当于频率域中的高频成分，衰减快，趋肤深度小；而晚期成分则相当于频率域中的低频成分，衰减慢，趋肤深度大。
通过测量断电后各个时间段的二次场随时间变化规律，可得到不同深度的地电特征。
影响电阻率的主要因素有矿物成分、岩石的结构、构造及含水情况等。
根据经验统计和工区地球物理的反演结果分析，得出测区内各地层的电阻率值。
不同地层的电性分布具有一定规律：煤层电阻率值相对较高，砂岩次之，粘土岩类最低。
由于地层的沉积序列比较清晰，在原生地层状态下，其导电性特征在纵向上固定的变化规律，而在横向上相对比较均一。
当存在构造破碎带时，如果构造不含水，则其导电性较差，局部电阻率值增高；如果构造含水，由于其导电性好，相当于存在局部低电阻率值地质体，从而有效判别区域含水程度[3]。
图1瞬变电磁法工作原理1.工况概况云南某高速公路隧道进口端、出口端经调查地下水类型主要为基岩裂隙水，赋存与岩体裂隙中，地下水仅沿其细小的层间裂隙、岩体节理运动，主要受大气降水补给，并受岩石完整性及裂隙开启程度制约，水量一般较贫乏，呈脉状、现状排泄。
瞬变电磁技术在预测矿井水害中的应用
瞬变电磁技术在预测矿井水害中的应用
瞬变电磁技术（Transient Electromagnetic, TEM）是一种利用电磁场探测地下信息的无损探测方法。
其原理是通过测量电磁场的变化，获取地下介质的电磁响应。
瞬变电磁技术具有快速、高效、非破坏性等优点，在地质灾害预测和矿井水害预测中具有广泛的应用前景。
矿井水害是指矿井中因地下水突然涌入矿井导致的灾害。
经常发生在采矿或施工过程中，给井下作业人员的生命安全和矿井设备的正常运转带来严重威胁。
及时准确地预测矿井水害的发生，对于保证矿井的安全生产至关重要。
1. 水文地质勘探：利用瞬变电磁技术可以获取地下水埋深、水位、水压及水化学特征等信息，判断地下水流的分布情况和方向。
通过对矿井周边区域的水文地质勘探，可以预测可能对矿井造成水害的地下水来源和水位变化趋势。
2. 矿井变形监测：瞬变电磁技术可以实时监测矿井的变形情况，包括矿井的沉降、开裂和变形速度等。
通过对矿井的变形监测，可以及时预警矿井的变形情况，为矿井水害的发生提供准确的预测。
3. 矿井裂隙预测：瞬变电磁技术可以提供地下裂隙的位置、长度和分布等信息，对于矿井的稳定性评估和水害风险预测具有重要意义。
通过矿井周边区域的瞬变电磁勘探，可以发现裂隙的分布情况，为矿井水害的防治提供参考依据。
瞬变电磁技术在矿井水害预测中具有广泛的应用前景。
通过瞬变电磁技术可以获取地下水埋深、矿井变形情况、裂隙分布情况以及涌水位置等信息，为矿井水害的预测和防治提供可靠的依据。
瞬变电磁技术在矿井水害预测中还存在一些问题，如复杂地质条件下的数据解释和数据处理等挑战，需要进一步的研究和实践来完善该技术的应用。
瞬变电磁法在隧洞富水性超前探测中的应用
第44卷第4期 山西建筑Vol.44No.42 0 1 8 年 2 月 SHANXI ARCHITECTURE Feb.2018 •149 ••桥梁•随道•文章编号：1009-6825 (2018)04-0149-03瞬变电磁法在隧洞富水性超前探测中的应用+王红英崔蓬勃(江苏建筑职业技术学院能源与交通工程学院，江苏徐州221116)摘要:采用瞬变电磁法对新疆克州盖孜水电站引水隧洞K0 +520里程前方导水构造及围岩岩性变化情况进行超前探测。
现场 探测结果表明：隧道掌子面前方围岩富水可能性较大，在开挖过程中涌水量可能较大;在掌子面前方50 m~65 m左右位置，出水 点会转移至隧道底部;出水点在隧道底板中部靠右位置。
现场开挖56 m后程中出水点从拱顶逐渐下移至底板，与探测结果相同，瞬变电磁法对小断面地下隧洞围岩富水性探测具有良好的适用性。
关键词:瞬变电磁法，超前探测，隧洞，富水性中图分类号:U456.3 文献标识码:A1工程概况21世纪以来，随着我国西部大开发的快速推进，许多西部地 区基础设施和能源电站建设迅速崛起。
但西部地区地质构造复 杂，给工程顺利施工带来了较大的难度，甚至引发了一系列工程 事故[1’2]。
为避免开挖施工过程中因地质缺陷引起的塌方和透水 事故，公路隧道设计规范明确规定:工程地质施工过程中遇到不 良地质应坚持“预测预报、有疑必探、先探后掘、先治后采”的原 则，采取“防、堵、疏、排、截”的综合治理措施[3]。
其中“先探后 掘”中的探即巷道掘进过程中在迎头利用直接或间接的方法向前 一定范围内进行超前探测，查明前方及其采动影响范围内是否存 在赋含水地质构造、导含水通道、岩溶空洞等，为工程顺利安全施 工提供依据。
国内外工程师和学者采取了一系列方法对隧道前方围岩的 不良地质进行探测，第一种是地球物理探测方法:主要是采用地 震波[4]、电磁波[5’6]、电法等[741]方法对掌子面前方围岩的断层和 富水性进行探测，如T S P、地质雷达、瞬变电磁等。
浅析瞬变电磁法在掘进超前探测中的应用
浅析瞬变电磁法在掘进超前探测中的应用【摘要】瞬变电磁法是利用不接地回线或接地线源向地下发射一次脉冲磁场，在一次脉冲磁场间歇期间利用线圈或接地电极观测地下介质中引起的二次感应涡流场，从而探测介质电阻率的一种方法。
利用瞬变电磁法可高效、准确地探测掘进巷道工作面前方赋水状态，为矿井的安全生产提供参考依据。
文章对瞬变电磁技术的原理和应用进行了介绍。
【关键词】瞬变电磁法；巷道掘进；超前探测；应用1 瞬变电磁技术的原理瞬变电磁法是利用不接地回线或接地线源向地下发射一次脉冲磁场，在一次脉冲磁场间歇期间利用线圈或接地电极观测地下介质中引起的二次感应涡流场，从而探测介质电阻率的一种方法。
如图1所示，当发射线圈中电流突然断开后，地下介质中就要激励起二次感应涡流场以维持在断开电流以前存在的磁场。
二次涡流场呈多个层壳的“环带”形，其极大值沿着与发射线圈平面成30°倾角的锥形斜面随着时间的延长向下及向外传播，不同时间到达不同深度和范围。
二次涡流场的表现与地下介质的电性有关。
同类岩层相比，岩层较为完整时电阻率一般相对较高，引起的涡流场较弱；而岩层破碎尤其是富水时电阻率较低，引起的涡流场较强，所以通过观测二次涡流场就可以了解地下介质的电阻率分布情况，进而判断地层岩性和构造特征。
井下瞬变电磁勘探时，接收线圈需位于发射线圈外一定距离（如：10 m）以避开一次场干扰。
井下瞬变电磁勘探时，接收线圈需位于发射线圈外一定距离（如：10 m）以避开一次场干扰。
2 超前探测装置的特点井下瞬变电磁受施工场地的限制，一般利用多匝小线圈进行发射和接收。
掘进工作面超前探测装置兼具瞬变电磁剖面装置方式中同点装置和标准偶极装置的特点。
工作时，发射线圈（Tx）和接收线圈（Rx）框面分别位于前后平行的2个平面内，二者相距一定距离（一般要求大于10 m），接收线圈贴近掌子面放置，探测时轴线相互保持平行并指向目标体。
超前探测装置施工时，往往使发射线圈和接收线圈轴线即探测方向分别对准巷道正前方、正前偏左不同角度、正前偏右不同角度、正前偏上不同角度、正前偏下不同角度等多个方向采集数据，以获得尽可能完整的前方空间信息。
瞬变电磁技术在预测矿井水害中的应用
瞬变电磁技术在预测矿井水害中的应用
矿井水害是指因地下水突然涌入矿井导致生产安全事故和矿井生产能力下降的现象。
矿井水害对矿山生产安全和经济效益造成了严重影响，因此预测和监测矿井水害具有重要
意义。
近年来，随着科技的发展，瞬变电磁技术在预测矿井水害中得到了广泛应用。
本文
将介绍瞬变电磁技术以及其在矿井水害预测中的应用。
瞬变电磁技术是一种利用地下电磁场变化来探测地下介质结构的技术。
它通过测量地
下电磁场的瞬时变化，分析地下介质的电导率和磁导率分布，从而获取地下水文地质信息。
瞬变电磁技术具有探测深度大、分辨率高、速度快等优点，已经被广泛应用于地质勘探、
水文地质、矿产资源等领域。
1. 水文地质勘察
瞬变电磁技术可以对矿井周边地下水文地质进行全面、快速的勘察。
通过获取地下水
文地质信息，可以预测周边地下水的分布情况，及时发现可能对矿井产生影响的地下水体，预警可能发生的水害事故。
2. 矿井地质结构勘测
瞬变电磁技术可以对矿井周边地下岩层结构进行高分辨率的勘测。
地下岩层的不同电
导率和磁导率对地下水的运移和积聚具有重要影响，因此通过瞬变电磁技术可以对地下水
运移的路径和范围进行准确预测，为矿井水害的预防和治理提供重要依据。
3. 水害风险评估
利用瞬变电磁技术可以对矿井周边地下水体的特征参数进行获取和分析，据此可以进
行水害风险评估。
通过分析地下水体的电导率、磁导率、含水层厚度等参数，可以对矿井
水害的可能性和危害程度进行科学评估，为制定水害防治方案提供科学依据。
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三、瞬变电磁超前探测
含水异常区
20 10
40 30
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-90 -80 -10 -70 -20 -30 -40 -50 -60 -70
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-100 70 60 50 100 95 90 85 80 75 70 65 60 55 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0
C1 = 3 a ¥ (2k - 3)!! a k p [1 - - å ]( ) 4 4 k =2 k !(k + 1)! 2
¥ 3 (2k - 3)!! a k på ]( ) 4 2 k = 0 k !( k + 1)!
h=
2t m 0s
-40 -40 -40
-40
其中：
-60
-60
-60
-60
-80
-80
-80
-80
C2 =
-20
-40
-60
-80
-100 -20 -40 -60 -80 -100
那么深度为：
D = Vi ´ ti
二、瞬变电磁法的探测原理
信号采集
二、瞬变电磁法的探测原理
异常初判
变低
变高
2
2016-09-20
二、瞬变电磁法的探测原理
解释原则 测线布置
三、瞬变电磁超前探测
-30 -40 -50 -60 -70 -80 -90 -100 -110 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
-100 70 60 50 100 95 90 85 80 75 70 65 60 55 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0
50 -40 40 -30 30 -20 -40
20
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0 -20 -20
2015.1 华蓥山隧道
2015.5 华蓥山隧道
一、水害探测的背景
相关规定
一、水害探测的背景
2015公路工程施工安全技术规范 隧道涌突水灾害严重危机隧道施工安全，影响 隧道施工进度，增加费用投入。
2016.9 汕昆高速公路龙川至怀集段金花洞隧道 2016.9 汕昆高速公路龙川至怀集段金花洞隧道
9.1.15 超前地质预报和检测方案应作为必要工序统一 纳 入施工组织管理 -----------------------------------------------
三、瞬变电磁超前探测
测线布置
三、瞬变电磁超前探测
三、瞬变电磁超前探测
-10 80 70 60 50 40 30 20 10 0 -10 -20 -30 -40 -50 -60 -70 -10 -20 0 -10 -20 -30 -40 80 70 60 50 -20 -30 -40 -50 -60 -70 -80 -90 -100
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二、瞬变电磁法的探测原理
-20 -40 -60 -80 -100 60 80 -20 -40 -60 -80 -100 60
60
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rt =
40
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20 0 0
0
0 -20 -20
-20
-20
V =b
a {C1 + (C12 + 2)1/ 2 + [1 + C1 (C12 + 2)-1/ 2 ]a C2 } sm 0 a
60
50
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20
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-10
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弱 含 水 异 常 区
10 0 -10 -20 -30 -40 -50 -60 -70
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构造
二、瞬变电磁法的探测原理
电阻率计算
多匝重叠回线的晚期视电阻率的计算公式为：
2 2 -5 m0 2snSN m0 2 3 -2 [ ] = 6.32 ´10-12 ´ ( S ´ N ) 3 ´ ( s ´ n) 3 ´ (V / I ) 3 ´ t 3 4p t 5t (V / I ) -------------------------------------------------------------------------------------- 时深反演
-30
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-70
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弱 含 水 异 常 区
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2016-09-20
水害探测背景
瞬变电磁法 在隧道超前探测水害中的应用
刘 明 伟
瞬变电磁探测技术原理 瞬变电磁超前探测
招商局重庆交通科研设计院有限公司
2016-9-18
一、水害探测的背景
一、水害探测的背景
2016.9 汕昆高速公路龙川至怀集段金花洞隧道
2016.9 汕昆高速公路龙川至怀集段金花洞隧道
0
-10
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40 30 20 10
-10
右帮底板
-10 -20 -30 -40
-20
25米
10 0 -10 -20 -30 -40 -50 -60 -70 50 40 30 20 10 10 10 0 -10 -20 -30 -40 -50 -60 80 70 60 50 40 30 20 10 0 -10 -20 -30 -40 -50 -60 -70 -80 0 -10 -20 -30 -40 -50 60 50 40 30 20 80 70 60 50 40 30 20 10 0 -10 -20 -30 -40 -50 -60 -70 -80 60 50 40 30 20
-20
-10
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20米
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95100
-20
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95100
含水异常区 底板 左帮底板
30
20
10
0
-10
-20
-30
-40 20
20
40 20
30
20
10
0
-10
-20
-30
-40
左帮顶板 顶板 左帮
掘进 巷道
右帮顶板
10
10
10
10 10 10 10
0
0
0
0
0 -10 -20 -30