CN110471119B - 基于航空电磁法铁路隧道三维选线方法 - Google Patents

基于航空电磁法铁路隧道三维选线方法 Download PDF

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Abstract

基于航空电磁法铁路隧道三维选线方法，以有效对铁路隧道位置进行优化，使隧道整体在相对完整的岩体里穿越。包括如下步骤：按照预设隧洞的标高提取预设隧道电阻率平面图；在航空电磁法电阻率三维数据宽度范围内，整体将调整前隧道平面线位调入电阻率值相对高值段，形成调整后隧道平面线位；按照调整前隧道平面线位提取调整前隧道纵向线位形成调整前预设隧道电阻率纵向断面图，按照调整后隧道平面线位提取调整后隧道纵向线位形成调整后预设隧道电阻率纵向断面图；统计调整前隧道纵向线位穿越电阻率值高值段长度L1和调整后隧道纵向线位穿越电阻率值高值段长度L2，若L2＞L1，则将该调整后隧道平面线位、调整后隧道纵向线位确定为预设隧道的优化选线。

Description

基于航空电磁法铁路隧道三维选线方法
技术领域
本发明涉及铁路隧道选线方法，特别涉及一种基于航空电磁法铁路隧道三维选线方法。
背景技术
目前，国内研究主要将物探二维数据拟合成三维数据，构建三维地质属性，并应用于找矿和工程领域。水利水电工程行业结合大量二维物探数据来修正三维地质模型，基于地质构造展布布置大量横向控制性物探断面，把横断面物探解译断层位置反应到地质模型中，形成深部构造三维形态。
铁路隧道工程往往根据既定线位布置沿线物探，形成隧道纵断面二维物探成果，反映沿线地下岩体物性差异。目前仅在地质条件复杂段落，基于适宜性物探方法布置一定间距的横向测线，采用软件拟合反演的二维成像剖面，形成局部段落地下复杂地质形态三维立体物探成果，仅能为通过特殊地质体段的隧道设计方案及施工措施提供依据。在勘察设计阶段，通常隧道平面位置会根据前后引线工程的调整或隧道进出口不良地质的分布有所变动，导致隧道洞身段缺少勘探数据支撑，已实施的隧道沿线物探成果利用率低，甚至完全不能利用。若要通过常规物探获取隧道区域的三维物探成果，需沿线位垂向布置密集的横向物探，通过三维反演形成立体成果，但基于长大越岭段地形限制，方案基本不可行。
目前，山岭地区仍是基于既定的线位进行沿线物探作业，形成沿线路纵断面物探成果，局部地质复杂段落采用横向物探控制，支撑局部线位的调整，同样面临隧道穿无物探数据段落工程地质条件相对较差的问题，并未达到基于物探三维成果隧道整体选线的目的。
针对长大越岭隧道的选线，首先需要形成精度高的三维物探立体解译成果，常规的地面物探仅能布置在人力可以到达的隧顶，且需要沿线获取密集的横向二维物探数据才能形成三维立体，整个隧区实施基本不可行，该方案并不能真正为线路宏观走向定线提供决策。
而航空电磁法可获取整个隧区一定宽度范围的联合反演电阻率三维成果，可真正实现长大越岭铁路隧道整体宏观选线，基于航空电磁法铁路隧道三维选线方法可有效的解决长大越岭隧道定线难题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于航空电磁法铁路隧道三维选线方法，以实现铁路隧道三维选线，有效对铁路隧道位置进行优化，使隧道整体在相对完整的岩体里穿越。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：
本发明基于航空电磁法铁路隧道三维选线方法，包括如下步骤：
①基于航空电磁法电阻率三维数据，按照预设隧道的标高提取预设隧道电阻率平面图；
②基于预设隧道电阻率平面图，在航空电磁法电阻率三维数据宽度范围内，整体将调整前隧道平面线位调入电阻率值相对高值段，形成调整后隧道平面线位；
③按照调整前隧道平面线位提取调整前隧道纵向线位形成调整前预设隧道电阻率纵向断面图，按照调整后隧道平面线位提取调整后隧道纵向线位形成调整后预设隧道电阻率纵向断面图；
④基于调整前预设隧道电阻率纵向断面图统计调整前隧道纵向线位穿越电阻率值高值段长度L1，基于调整后预设隧道电阻率纵向断面图统计调整后隧道纵向线位穿越电阻率值高值段长度L2，若L2＞L1，则将该调整后隧道平面线位、调整后隧道纵向线位确定为预设隧道的优化选线，使预设隧道整体在相对完整的岩体里穿越。
本发明的有益效果主要体现在如下方面：
一、常规地面物探难以形成三维成果，并不能实现铁路隧道立体选线，而本发明基于航空电磁法铁路隧道三维选线方法，可快速有效的进行铁路隧道整体选线，弥补勘察数据缺乏的不足，确保隧道围岩整体处于相对完整的岩体内，有效的优化了隧道围岩条件、投资和施工工期；
二、隧道平面调整会导致地面物探数据无法有效利用，但航空物探则在线路两侧较大范围内覆盖数据，仍可有效的被使用。川藏铁路长大越岭隧道平面调整往往较多，改线段地面物探可利用数据极少甚至无法利用，需重新沿调整线位布置物探工作，采用本发明基于航空电磁法铁路隧道三维选线方法可大幅度降低选线成本和节省勘察工期；
三、本发明为基于航空电磁法铁路隧道三维选线提供了科学依据，确保了勘察极端困难的长大越岭隧道从围岩相对完整部位通过，最大可能地实现了工程的经济性及合理性。
附图说明
本说明书包括如下七幅附图：
图1是预设隧道的电阻率立面图；
图2是预设隧道电阻率平面图B-B；
图3是调整前预设隧道电阻率纵向断面图D-D；
图4是调整后预设隧道电阻率纵向断面图E-E；
图5是实施例预设隧道电阻率平面图B-B；
图6是实施例调整前预设隧道电阻率纵向断面图D-D；
图7是实施例调整后预设隧道电阻率纵向断面图E-E。
预设隧道1、电阻率值2、航空电磁法电阻率三维数据宽度3，标高4，隧道里程5、调整前隧道平面线位6，调整后隧道平面线位7、调整前隧道纵向线位8，调整后隧道纵向线位9。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
本发明基于航空电磁法铁路隧道三维选线方法，包括如下步骤：
①参照图1，基于航空电磁法电阻率三维数据，按照预设隧道1的标高4提取预设隧道电阻率平面图B-B；
②参照图2，基于预设隧道电阻率平面图B-B，在航空电磁法电阻率三维数据宽度3范围内，整体将调整前隧道平面线位6调入电阻率值2相对高值段，形成调整后隧道平面线位7；
③参照图3，按照调整前隧道平面线位6提取调整前隧道纵向线位8形成调整前预设隧道电阻率纵向断面图D-D。参照图4，按照调整后隧道平面线位7提取调整后隧道纵向线位9形成调整后预设隧道电阻率纵向断面图E-E；
④参照图3和图4，基于调整前预设隧道电阻率纵向断面图D-D统计调整前隧道纵向线位8穿越电阻率值2高值段长度L1，基于调整后预设隧道电阻率纵向断面图E-E统计调整后隧道纵向线位9穿越电阻率值2高值段长度L2，若L2＞L1，则将该调整后隧道平面线位7和调整后隧道纵向线位9确定为预设隧道1的优化选线，使预设隧道1整体在相对完整的岩体里穿越。
本发明克服了常规地面物探难以形成三维成果和不能实现铁路隧道立体选线的不足，基于航空电磁法电阻率三维数据可快速有效的进行铁路隧道整体选线，弥补勘察数据缺乏的不足，确保隧道围岩整体处于相对完整的岩体内，有效的优化了隧道围岩条件、投资和施工工期。充分利用航空物探则在线路两侧较大范围内覆盖数据，可大幅度降低选线成本和节省勘察工期。本发明为基于航空电磁法铁路隧道三维选线提供了科学依据，确保了勘察极端困难的长大越岭隧道从围岩相对完整部位通过，最大可能地实现了工程的经济性及合理性。
实施例：川藏铁路德达隧道三维选线
德达隧道长约33Km，跨越四川省理塘县和巴塘县，经高原盆地后穿越高山峡谷，最高海拔5117m，最大高差1450m，属于典型的高寒高海拔区。隧区断层密集交错、岩性多样、地层接触不整合，地质构造、地层岩性极为复杂。区域地质资料缺乏，且常规勘探难以实施，获取的地质信息不能为隧道定线提供有力支撑。
查明断层构造、地层界线及岩性。由于自然环境限制，地面常规物探、地质调绘、钻探等实施困难，基础资料缺乏，非接触式勘察方法意义重大。为此，采用航空瞬变电磁法和航空天然场电磁法勘探技术，沿线布置11条测线，宽度2100m，最终形成航空电磁法电阻率三维数据，为隧道定线提供了充分支撑。
通过航空电磁法电阻率三维数据可任意方向提取电阻率剖面，电阻率分布可反映不同强度岩体接触及构造界线。
基于航空电磁法川藏铁路德达隧道三维选线，按如下步骤进行：
①参照图1，基于航空电磁法电阻率三维数据，按照预设隧道1的标高4提取预设隧道电阻率平面图B-B；
②参照图5，基于预设隧道电阻率平面图B-B，在航空电磁法电阻率三维数据宽度3范围内，整体将调整前隧道平面线位6调入电阻率值2相对高值段，形成调整后隧道平面线位7；
③参照图6，按照调整前隧道平面线位6提取调整前隧道纵向线位8形成调整前预设隧道电阻率纵向断面图D-D。参照图7，按照调整后隧道平面线位7提取调整后隧道纵向线位9形成调整后预设隧道电阻率纵向断面图E-E；
④参照图6和图7，结合室内测得完整花岗岩体平均电阻率2为3.3e3Ω.m，设定该值为高值。基于调整前预设隧道电阻率纵向断面图D-D统计调整前隧道纵向线位8穿越电阻率值2高值段长度L1，基于调整后预设隧道电阻率纵向断面图E-E统计调整后隧道纵向线位9穿越电阻率值2高值段长度L2。
根据图6统计，调整前隧道纵向线位8穿越电阻率值2高值段长度L1的数据为：电阻率3.3e3Ω.m以上段落长度6173m。
根据图7统计，调整后隧道纵向线位9穿越电阻率值2高值段长度L2的数据为：电阻率3.3e3Ω.m以上段落长度10964m。
经对比分析，调整后隧道纵向线位9较调整前隧道纵向线位8经过高电阻率段落明显长，调整后隧道围岩强度及完整程度整体优势明显。因此，可以将该调整后隧道平面线位7和调整后隧道纵向线位9确定为预设隧道1的优化选线。据测算，将本发明基于航空电磁法铁路隧道三维选线方法运用于川藏铁路德达隧道选线，节约物探、选线成本超过千万余元，而且大幅度节省勘察工期及优化隧道施工围岩支护成本。

Claims (1)

1.基于航空电磁法铁路隧道三维选线方法，包括如下步骤：
①基于航空电磁法电阻率三维数据，按照预设隧道(1)的标高(4)提取预设隧道电阻率平面图(B-B)；
②基于预设隧道电阻率平面图(B-B)，在航空电磁法电阻率三维数据宽度(3)范围内，整体将调整前隧道平面线位(6)调入电阻率值(2)相对高值段，形成调整后隧道平面线位(7)；
③按照调整前隧道平面线位(6)提取调整前隧道纵向线位(8)形成调整前预设隧道电阻率纵向断面图(D-D)，按照调整后隧道平面线位(7)提取调整后隧道纵向线位(9)形成调整后预设隧道电阻率纵向断面图(E-E)；
④基于调整前预设隧道电阻率纵向断面图(D-D)统计调整前隧道纵向线位(8)穿越电阻率值(2)高值段长度L1，基于调整后预设隧道电阻率纵向断面图(E-E)统计调整后隧道纵向线位(9)穿越电阻率值(2)高值段长度L2，若L2＞L1，则将该调整后隧道平面线位(7)和调整后隧道纵向线位(9)确定为预设隧道(1)的优化选线，使预设隧洞(1)整体在相对完整的岩体里穿越。
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