一、现场水文地质概述

现场掌子面及周围岩层节理裂隙发育，岩体破碎。掌子面顶板围岩滴水，出水面积和出水量不大，隧道掌子面位置距地表的深度不大，地表黏土层覆盖，现场岩性为玄武岩。从现场情况分析，顶板及水平方向存在上部黏土层和岩层裂隙水的补给，因此本次物探侧重于探测掌子面前方顶板方向、水平方向及底板方向的充水较强区域，而聚水较多的区域通常为向斜、断层、破碎带或岩溶等构造发育区。

二、本次勘探任务及目的

上海艾都能源科技有限公司于2022年3月2日，对白鹤滩隧道出口右洞

掌子面（桩号YK234+793）采用瞬变电磁法进行水文地质超前探测。主要任务及目的：

1．探测掌子面前方120米的低阻体异常及分布范围；

2．分析探测区内含水构造形态、水力联系。

三、本次勘探的工作布置与工作量

本次瞬变电磁法探测工作量：沿掌子面布置测3条，每条测线9个物理点，总计27个物理点。通过在掘进头移动发射接收线圈，形成3条超前探测的实测剖面。三条测线剖面角度分别为：顶板向上30°、水平方向、底板向下30°。测线探测范围为：横向-30°～+30°。探测角度及测线布置如下图1。

图3-1  瞬变电磁法超前探探测角度及测线布置

四、瞬变电磁法探测原理及施工设备

4.1 瞬变电磁法探测原理

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。其基本工作方法是：于地面或隧道中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。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。

图4-1 瞬变电磁法工作原理示意图

4.2施工设备

现场仪器使用YCS200接收机和YCS60-F发射机（大功率）组合实现。这套矿用瞬变电磁仪对低阻充水破碎带反映特别灵敏、体积效应小、纵横向分辨率高，且施工快捷、效率高等优点，既可以用于掘进头前方，也可以用于隧道侧帮、隧道顶、底板等探测，对生产过程中水患和导水构造的超前预测预报提供技术手段。这套瞬变电磁仪系统可以通过加大发射功率的方法增强二次场，提高信噪比，从而加深勘探深度；通过多次脉冲激发场的重复测量叠加和空间域多次覆盖技术的应用提高信噪比，从而应用于工作复杂、噪声干扰大的隧道水害超前预报使用。

五、编制依据

本次瞬变电磁法隧道数据采集及数据解释严格按照如下规范执行：

1．《地面磁性源瞬变电磁法技术规程》（DZ/T0187－2016）；

2．《隧道施工超前地质预报技术规程》（T/CECS 616-2019）。

六、资料处理解释

1.测线1：掌子面迎头视电阻率断面扇形图30°斜向上（顶板）

图6-1 掌子面视电阻率断面扇形图30°斜向上（顶板）

隧道掌子面前方30º斜向上（顶板）视电阻率扇形探测成果，结合现场滴淋水及出水的现场情况，综合该巷水文地质资料，分析认为：蓝色虚线圈定区域为富水较强区域，洋红色虚线确定区域为岩层富水性中等区域。富水较强区通过原始裂隙相互导通。其异常空间位置描述如下：

1.      正前～正前偏左30°范围，距离掌子面50m～90m位置处存在一处富水较强区。

2.      测线1与测线2低阻异常区推断存在导通性，且顶板和水平角度间的低阻异常区从上部往下部呈现异常范围变大的趋势。根据视电阻率值分析顶板异常为岩层破碎区，且破碎带的富水区较在空间上相互导通，从上往下进行补给。

3.      靠近掌子面位置处为洋红色虚线圈定的中等富水区，导水通道与掌子面导通，出现滴淋水的现象。

2.测线2：掌子面迎头视电阻率断面扇形图顺层

图6-2 掌子面迎头视电阻率断面扇形图（水平方向）

隧道掌子面水平方向视电阻率扇形探测成果，结合现场淋水及出水的现场情况，综合该巷水文地质资料，分析认为：蓝色虚线圈定区域为富水较强区域，洋红色虚线确定区域为岩层富水性中等区域。富水较强区与富水中等区通过原始裂隙相互导通。其异常空间位置描述如下：

1.      正前方，距离掌子面40m～120m位置处存在一处富水区，顶、底板三条测线探测在隧道掘进方向上水平测线反应最为强烈，且岩层富水区通过节理发育进行渗透。

2.      从顶板和水平方向分析，水平测线正前方富水性较强的原因是顶板岩层富水区通过节理向水平方向补给造成。

3.测线3：掌子面迎头视电阻率断面扇形图30°斜向下（底板）

图6-3 掌子面迎头视电阻率断面扇形图30°斜向下（底板）

隧道掌子面水平方向视电阻率扇形探测成果，结合掌子面滴淋水的现场情况，综合该巷水文地质资料，分析认为：蓝色虚线圈定区域为富水较强区域，洋红色虚线确定区域为岩层富水性中等区域。富水较强区通过原始裂隙相互导通。其异常空间位置描述如下：

1.      底板测线整体视电阻率值偏低，推断可能为本区域节理发育，岩层水从上往下补给造成。

2.      顶、底板三条测线富水较强区在空间位置上存在导通性，推断前方存在导水通道。

七、结论与建议

7.1结论

从视电阻率等值线图分析可得：掌子面前方水平方向及上部岩层视电阻率值较低且等值线闭合，推断可得：掌子面前方及上部岩层裂隙发育，岩层完整性差，成果图中蓝色虚线圈定区域为富水较强区域，洋红虚线确定区域为岩层富水性中等区域。富水较强区通过原始裂隙相互导通。

1．顶板斜向上30°方向：①正前～正前偏左30°范围，距离掌子面50m～90m位置处存在一处富水较强区；②测线1与测线2左侧帮推断存在导通性，且顶板和水平角度间的低阻异常区从上部往下部呈现异常范围变大的趋势，根据视电阻率值分析顶板异常为岩层破碎区，且破碎带的富水区较在空间上相互导通，从上往下进行补给；③靠近掌子面位置处为洋红色虚线圈定的中等富水区，导水通道与掌子面导通，出现滴淋水的现象。

2．水平方向方向：①正前方，距离掌子面40m～120m位置处存在一处富水区，顶、底板三条测线探测在隧道掘进方向上水平测线反应最为强烈，且岩层富水区通过节理发育进行渗透；②从顶板和水平方向分析，水平测线正前方富水性较强的原因是顶板岩层富水区向水平方向补给造成。

3．底板斜向下30°方向：①底板测线整体视电阻率值偏低，推断可能为本区域节理发育，岩层水从上往下补给造成；②顶、底板三条测线富水较强区在空间位置上存在导通性，推断前方存在导水通道。

本次瞬变电磁探测三条测线都有明显低阻异常反应，说明隧道掌子面前方岩层较为破碎且存在一定的富水性。岩层富水区由上向下进行补给，掌子面位置处岩层节理发育且岩层完整性不好，掘进导致岩层应力发生变化，原始裂隙再次发育是导致顶板滴淋水的主要原因。其中水平方向桩号：YK234+793~YK234+773，20m范围内顶板可能会继续出现滴淋水的现象。其中桩号：YK234+753~YK234+673，80m范围内岩层可能富水性增强，岩层的完整性进一步变差。

7.2建议

桩号：YK234+793~YK234+773，20m范围内的导水通道，导致掌子面出现滴淋水。隧道掘进会对岩层原始裂隙产生扰动，原始裂隙再次发育，会形成较大的导水通道。应对桩号：YK234+753~YK234+673，80m范围内的顶板及水平方向异常区重点关注，疏放水前需增强隧道的排水能力避免次生灾害的产生。

掌子面三维成果图（图中蓝色块状体为掌子面前方富水体，而富水体通常为向斜、断层、破碎带或岩溶等构造发育区）

图7-1 掌子面前方探测三维成图结果（侧视图）

图7-2 掌子面前方探测三维成图结果（正视图）

图7-3 掌子面前方探测三维成图结果（俯视图）