一种基于扫频散射无线电波的隧道地灾勘探方法技术

本发明专利技术公开了一种基于扫频散射无线电波的隧道地灾勘探方法，包括以下步骤：步骤1、在隧道内沿隧道走向布置多个等间距的探测点，利用扫频无线电波在隧道内进行多轮测量，在每轮测量中分别获得每个探测点的扫频无线电波散射场强信号；步骤2、计算每轮测量中相应源检距d时的无异常理论场强值，并将与步骤1获取的每轮测量中每个探测点的实测场强值进行比较，判断隧道内是否存在地质异常体，并计算得到地质异常体的电导率、埋深。本发明专利技术解决了在地下隧道中无线电波勘探法无法运的问题。题。题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于扫频散射无线电波的隧道地灾勘探方法


[0001]本专利技术涉及隧道地质勘探方法领域，具体是一种基于扫频散射无线电波的隧道地灾勘探方法。

技术介绍

[0002]交通作为一种基础设施，是国民经济发展的先行官。我国山区面积广大，低等级公路较多，快速畅通的高水平交通网成为了国家发展的迫切需求，“逢山开路”不仅是精神更代表高端的技术。隧道是一种修建在地层中的地下工程建筑物，有着缩短行程距离、提高行车效率、加大地下空间利用率等优点。当前，我国综合交通运输业正从东部沿海地区向西部山区延伸，隧道的数量和投资规模越来越大，而隧道在建设和运行过程中可能面临多种复杂的地质问题，如：涌水、地面塌陷、滑坡、岩溶异常等，因此在隧道拟建和建成后均需要进行地质勘探。
[0003]无线电波透视技术主要用于探查井下煤炭资源及地质异常构造赋存等，以成本低、仪器轻便、精度强、效率高、透视距离大等为优势，在矿井工作面回采前阶段有着广泛的应用。在工作过程中，通过在双巷向探测媒介内部发射并接收无线电波，利用获取的场强值反演成像以此来分析工作面内的可能存在的异常构造。隧道是埋置于地层中的地下工程，其具备无线电波勘探的环境要素，理论上说此技术可用于探查建成后隧道附近的地质条件，排查隧道周围山体的安全问题，但由于缺少常规矿井无线电波透视法所必备的双巷观测条件而难以运用该手段。
[0004]现阶段，在建成后地下隧道中常用的电磁勘探法包括高密度电阻率法和探地雷达法，但存在探测距离不大、探测深度浅的缺陷。面对建成后地下隧道复杂多变的地质特征与安全控制，需要结合多样化的物探手段进行检测和预防。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供了一种基于扫频散射无线电波的隧道地灾勘探方法，以解决现有技术——无线电波勘探法无法进行地下隧道地灾勘探的问题。
[0006]为了达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案为：
[0007]一种基于扫频散射无线电波的隧道地灾勘探方法，包括以下步骤：
[0008]步骤1、在隧道内沿隧道走向布置多个等间距的探测点，利用扫频无线电波在隧道内进行多轮测量，在每轮测量中分别获得每个探测点的扫频无线电波散射场强信号，过程如下：
[0009]每轮测量中，将用于形成扫频无线电波的无线电波发射源置于隧道内对应第一个探测点位置，并在与无线电波发射源相距源检距d的位置布置无线电波接收端，设相邻探测点检距为L，则d设置为整数倍的L，令无线电波发射源向隧道内发射扫频无线电波，由无线电波接收端接收与无线电波发射源相距源检距d处位置对应的探测点的扫频无线电波散射场强信号，完成当前轮测量的第一次探测；然后将无线电波发射源、无线电波接收端分别沿
隧道走向移动距离L，并重复上述过程完成第二次探测；依此类推当前轮每次探测后再按距离L移动无线电波接收端接收与无线电波发射源，直至无线电波发射源接收到最后一个探测点的扫频无线电波散射场强信号，完成当前轮测量；
[0010]每轮测量结束后，将无线电波发射源重新置于第一个探测点位置，并设定不同的源检距d后重复上述过程进行多次探测，得到每个探测点的扫频无线电波散射场强信号，由此完成多轮测量；
[0011]步骤2、计算每轮测量中相应源检距d时的无异常理论场强值H
Aj
，并将按步骤1获取的相应源检距d时对应轮测量中每个探测点的实测场强值H
Cj
，分别与计算得到的对应轮测量的无异常理论场强值H
Aj
进行比较，当H
Aj
＝H
Cj
时，则判断隧道内无地质异常；当H
Aj
不等于H
Cj
时，则判断隧道内存在地质异常体，并以对应的探测点位置作为地质异常体位置。
[0012]进一步的步骤1中，无线电波发射源工作频率范围为0.05MHz
‑
10MHz。
[0013]进一步的步骤2中，每轮测量中相应源检距d时的无异常理论场强值H
Aj
的计算公式如下：
[0014][0015]其中，H0为无线电波发射源发出的扫频无线电波初始场强值；β
Aj
为扫频无线电波在隧道空腔及隧道表面传播的无线电波能量衰减系数。
[0016]进一步的步骤2中，当判断隧道内存在地质异常体时，则通过以下公式计算得到相应探测点位置即地质异常体位置的电导率：
[0017][0018][0019]其中，ε为地质异常体的介电常数；μ为地质异常体的相对磁导率；f
j
为第j个无线电波探测工作频率；H
Bj
为赋存异常理论场强值；
[0020]r为扫频无线电波从无线电波发射源到地质异常体再到无线电波接收端整个过程的传播路径长度，并有：
[0021][0022]其中，c为光速；t为扫频无线电波从无线电波发射源到地质异常体再到无线电波接收端整个过程的时间；ε0为绝对介电常数。
[0023]进一步的步骤2中，当判断隧道内存在地质异常体时，则通过以下公式计算得到相应探测点位置即地质异常体位置距离隧道的埋深d1：
[0024][0025]现有技术常用的隧道探测仪器为探地雷达，其利用发射高频宽频带电磁波进行散射测量，探测近距离地质异常有着较好的效果，常用于隧道施工过程中，但存在探测深度
浅、单发单收数据有限等缺陷。
[0026]相较于探地雷达，本专利技术为低频电磁波探测技术，探测距离大，以建成后单洞隧道作为观测通道，采用扫频无线电波散射勘探技术向探测区域发射无线电波信号，一次探测获取多个工作频率的散射数据，结合全覆盖同源检距散射无线电波测量法，可获取海量探测数据，利用现有仪器可探测隧道周围较远处的地质异常情况；后期数据处理主要以观测场强值为主，电阻率参数(由电导率得到)为辅，既能获取散射无线电波场强曲线，又能得到相应层析成像反演图，地质资料条件充分的情况下，也可将获取的一系列电阻率值与实际电阻率相比照。
[0027]由此与现有技术相比，本专利技术的优点：
[0028]1、能够在现有条件下实现对单洞隧道周围地质环境的探测，打破了在隧道中无法运用无线电波勘探法探测的现状，既丰富了隧道探测的物探手段，又可与探地雷达仪器结合使用，提高对建成后隧道周围地质环境的检查与监测；
[0029]2、能够获取探测区域内地质异常区所处深度及范围，不仅抗干扰能力好，分辨率高，探测距离远，而且操作简单，仪器轻便，探测速度快，易于推广；
[0030]3、除了利用扫频散射无线电波探测手段，一次发射可分别获取精准可靠的高频效果和探测范围更大的低频结果以外，本专利技术的数据处理也不仅限于传统的利用接收场强信号进行反演成像，采用了一种新的数据处理手段加以辅助，即电阻率参数法来反映地质异常的分布情况。
附图说明
[0031]图1为本专利技术的实施观测系统示意图(源检距50m)。
[0032]图2为本专利技术的隧道散射无线电波“发射
‑
接收”原理示意图。
具体实本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于扫频散射无线电波的隧道地灾勘探方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、在隧道内沿隧道走向布置多个等间距的探测点，利用扫频无线电波在隧道内进行多轮测量，在每轮测量中分别获得每个探测点的扫频无线电波散射场强信号，过程如下：每轮测量中，将用于形成扫频无线电波的无线电波发射源置于隧道内对应第一个探测点位置，并在与无线电波发射源相距源检距d的位置布置无线电波接收端，设相邻探测点检距为L，则d设置为整数倍的L，令无线电波发射源向隧道内发射扫频无线电波，由无线电波接收端接收与无线电波发射源相距源检距d处位置对应的探测点的扫频无线电波散射场强信号，完成当前轮测量的第一次探测；然后将无线电波发射源、无线电波接收端分别沿隧道走向移动距离L，并重复上述过程完成第二次探测；依此类推当前轮每次探测后再按距离L移动无线电波接收端接收与无线电波发射源，直至无线电波发射源接收到最后一个探测点的扫频无线电波散射场强信号，完成当前轮测量；每轮测量结束后，将无线电波发射源重新置于第一个探测点位置，并设定不同的源检距d后重复上述过程进行多次探测，得到每个探测点的扫频无线电波散射场强信号，由此完成多轮测量；步骤2、计算每轮测量中相应源检距d时的无异常理论场强值H
Aj
，并将按步骤1获取的相应源检距d时对应轮测量中每个探测点的实测场强值H
Cj
，分别与计算得到的对应轮测量的无异常理论场强值H
Aj
进行比较，当H
Aj
＝H
Cj
时，则判断隧道内无地质异常；当H
Aj
不等于H
Cj
...

【专利技术属性】
技术研发人员：庞瑶，吴荣新，胡泽安，王锦国，黄钧辰，
申请(专利权)人：安徽理工大学，
类型：发明
国别省市：