【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种隧道地质异常超前探测方法，具体为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，属于隧道掘进超前探测。
技术介绍
1、地铁隧道超前探测方法是掌握隧道施工期间掌子面前方的地质异常情况，实现减少或杜绝施工期地质灾害、保障生产安全的有效手段，对推进我国城市地下空间开发利用具有重要现实意义。
2、地铁隧道超前探测方法主要包括瞬变电磁法、地震波法与直流电法。其中瞬变电磁法受掘进前方金属盾头影响较大，需要对探测设备确定最优的布设位置才能尽可能减少盾头对其探测的影响，这样导致实施流程复杂；地震波法可以有效探测隧道前方地质构造但无法预测前方异常是否含水，而直流电法可以有效探测隧道前方地质异常体的赋水性，有效弥补了地震波法的不足。但现有的直流电法超前探主要采用单条测线进行数据测量，无法包含对整个隧道环面的地质异常信息。因此，如何提供一种新的方法，使其能获取隧道掘进前方整个隧道环面的地质异常信息，是本行业亟需解决的技术难题。
技术实现思路
1、针对上述现有技术存在的问题，本专利技术提供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，通过布设全方位环面电极观测系统，并采用虚拟电极计算的方式，从而能获取隧道掘进前方整个隧道环面的地质异常信息，有效保证超前探测的精度及范围。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：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，具体步骤为：
3、步骤一、布置全方位环面电极观测系统：根据前期的地
4、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；
5、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；
6、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；
7、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；
8、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；
9、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；
10、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；
11、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；
12、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；
13、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。
14、进一步，所述步骤一中编号为eij～eij，i＝1～s，j＝1～6，其中i代表组数，j代表每组每个环面电极的序号。
15、进一步，所述步骤一中环面电极采用导电胶与隧道内壁的环状水泥管片耦合。这样能保证电极耦合效果、减少接地电阻、实现无损安装。
16、进一步，所述步骤三中每次供电时的供电电压为96v，恒流时间为0.5s，采样间隔为50ms。采用该参数进行供电能更好的保证获取数据的准确性。
17、进一步，所述步骤四中第1组6个环面电极各自供电时记录的激励电流求平均，具体过程为：第1组6个环面电极采集到的激励电流依次为iij，其中i＝1,j＝1～6，则第1组激励电流的平均值i1avg通过下式计算得到：
18、
19、进一步，所述步骤七具体的筛选过程为：
20、当其中某一虚拟电极作为供电电极则将其用a表示，电位测量电极用m和n来表示，且m与n的中点为o’，具体筛选条件如下：
21、(1)当时，由于mn太大，反映地下范围太大，剔除该电极排列；
22、(2)当oa>ao’时，剔除该电极排列。
23、进一步，所述步骤八中进行视电阻率计算的具体过程为：
24、(1)单个虚拟电极排列视电阻率计算公式为：
25、
26、式中ρs代表视电阻率，am代表供电电极a与测量电极m之间的距离，an代表供电电极a与测量电极n之间的距离，um代表电极m点的测量电位，un代表电极n点的测量电位；
27、(2)对于同一供电电极a，假设有n对mn对应同个o’时，采本文档来自技高网...
【技术保护点】
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：
2.根据权利要求1所述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，所述步骤一中编号为Eij～Eij，i＝1～s，j＝1～6，其中i代表组数，j代表每组每个环面电极的序号。
3.根据权利要求1所述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，所述步骤一中环面电极采用导电胶与隧道内壁的环状水泥管片耦合。
4.根据权利要求1所述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，所述步骤三中每次供电时的供电电压为96V，恒流时间为0.5s，采样间隔为50ms。
5.根据权利要求1所述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，所述步骤四中第1组6个环面电极各自供电时记录的激励电流求平均，具体过程为：第1组6个环面电极采集到的激励电流依次为Iij，其中i＝1,j＝1～6，则第1组激励电流的平均值I1avg通过下式计算得到：
6.根据权利要求1所述基于全方位环面电极布置的隧道地质异常超前
7.根据权利要求6所述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，所述步骤八中进行视电阻率计算的具体过程为：
...【技术特征摘要】
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：
2.根据权利要求1所述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，所述步骤一中编号为eij～eij，i＝1～s，j＝1～6，其中i代表组数，j代表每组每个环面电极的序号。
3.根据权利要求1所述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，所述步骤一中环面电极采用导电胶与隧道内壁的环状水泥管片耦合。
4.根据权利要求1所述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，所述步骤三中每次供电时的供电电压为96v，恒流时间为...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨彩，刘盛东，章俊，方金伟，孙乾坤，孙超，刘静，罗金辉，闫磊，刘新新，
申请(专利权)人：深地科学与工程云龙湖实验室，
类型：发明
国别省市：
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