[发明专利]一种判断隧道围岩类别的方法

说明书

技术领域

本发明涉及地质与地球物理领域，尤其涉及一种判断隧道围岩类别的方法。

背景技术

在我国很多高山峻岭地区，对于公路、铁路、水利隧道(洞)和地下工程的建设，都需要修建大量的隧道(隧洞)及地下工程(如图1所示)。上述工程隧道建设中将会遇到较为复杂的地质环境条件，如碳酸盐分布地区的岩溶、暗河、岩溶陷落柱，高地应力区的岩爆、煤系地层中的煤与瓦斯突出。复杂的地质构造及地下水突涌、塌方、大变形等地质灾害。准确判定未开挖隧道的围岩级别和类型，提供了解围岩的地质信息，对隧道安全施工具有重要的指导意义。

一般情况下，根据围岩的稳定性，可分为以下五类：1)I类：强稳定岩层。坚硬、完整、整体性强，不易风化；岩层间胶结好，无软弱夹岩、玄武岩、石英岩、石英质砂岩、奥陶纪石灰岩、茅口石灰岩等。2)II类：稳定岩层。比较坚硬，岩层胶结较好，裂隙面闭合无泥质充填物，如砂岩、石灰岩。3)III类：中等稳定岩层，中硬岩层。层状岩层以坚硬为主，夹有少数软岩层，较坚硬的块状岩层，如砂岩、砂质泥岩、粉砂岩、石灰岩等。4)IV类：弱稳定岩层，较软岩层。中硬层状岩层，中硬块状岩层，泥岩、胶结不好的砂岩、煤等。5)V类：不稳定岩层，高风化、潮解的松软岩层，如各类破碎岩层、泥岩、软质灰岩、破碎砂岩等。

为了了解待开挖隧道围岩及其稳定性，常规的方法是通过钻探和岩石分析的办法得到岩石的类别，即：首先在待开挖隧道上方地面上布设钻孔，取得岩芯，对岩芯进行稳定性质测试，从而根据它的稳定性、坚硬性等特性，得到围岩的类别；或者对隧道开挖后的岩石或者岩土进行采样，再进行稳定性分析。这种分析方法一般比较可靠，但是由于隧道开挖的时效性或者钻探的成本问题以及复杂地区钻探体的施工问题等，在实际工作都需要考虑。加上钻探工作的一孔之见，有时会使岩石稳定性信息不全。

发明内容

本发明要解决的技术问题隧道开挖前围岩类别的预测判断的问题，本发明提出一种判断隧道围岩类别的方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种判断隧道围岩类别的方法，包括：

采集待评估区域每一个剖面设点的瞬变电磁数据；

将每个所述剖面设点的瞬变电磁数据与隧道的围岩岩性类别系数类比，确定每个所述剖面设点的围岩类别。

优选地，采集待评估区域每一个剖面设点的瞬变电磁数据包括：

在待评估区域的地面布设剖面设点，并在每一个所述剖面设点的测量坐标上进行瞬变电磁信号测量，获得待评估区域每一个剖面设点的视电阻率矩阵。

优选地，获得所述隧道的围岩岩性类别系数包括：

建立开挖隧道的围岩岩性类别数据与开挖隧道地面进行瞬变电磁信号测量获得的测量数据之间的对应关系，获得围岩类别与瞬变电磁数据的相关系数，根据所述相关系数确定隧道的围岩岩性类别系数。

优选地，获得待评估区域每一个剖面设点的视电阻率曲线包括：

采集每个所述剖面设点中心回线的瞬变电磁数据；

根据中心回线的视电阻率计算公式确定所述剖面设点的视电阻率：

所述中心回线的视电阻率计算公式为

其中，M是源发射磁矩，大小为发射电流与发射回线面积的乘积；q代表观测位置探头的有效接收面积，V(t)是测量的二次感应电压值，t是观测时间，μ₀为自由空间的磁导率。

优选地，获得所述隧道的围岩岩性类别系数包括：

在开挖隧道地面进行瞬变电磁信号测量，获得观测的感应电压值V(t)，并按中心回线的视电阻率计算公式计算对应的视电阻率值，针对每个开挖隧道剖面设点，根据所得到的视电阻率值形成开挖隧道视电阻率矩阵A；

对开挖隧道的围岩类别数据进行整理，形成围岩类别矩阵C；

建立如下的方程：

AX＝C

其中，A为开挖隧道视电阻率矩阵，C为所对应的围岩类别矩阵，X为围岩类别与电磁数据相关系数矩阵；

求解围岩类别与电磁数据相关系数矩阵X。

优选地，求解围岩类别与电磁数据相关系数矩阵X包括：

开挖隧道视电阻率矩阵A的元素与所对应的围岩类别矩阵C的元素之间对应非线性关系表示为：

10^C≈ρ^a h^b

其中，a，b是待定系数，ρ是根据中心回线的视电阻率计算公式计算获得的视电阻率，h是探测深度，探测深度由下式决定：

式中：

对所述非线性关系等式两边取对数，获得：