基于电阻率跨孔CT的地铁盾构区间孤石精细化探测方法

摘要

本发明公开了一种基于电阻率跨孔CT的地铁盾构区间孤石精细化探测方法，包括：在掘进面前方未开挖段设计科学合理的钻孔平面布置方案；铺设电阻率跨孔CT测线网，采用二维探测普查、三维探测详查相结合的探测方案；数据采集利用新型组合式观测模式，获取更多关于孤石异常体的有效信息；通过构造携带距离加权函数的三维电阻率反演目标函数及反演方程，采用偏导数矩阵的并行解析快速求解算法；形成测区范围内孤石异常体探测的电阻率成像结果图，并结合已有地质分析推断孤石体的大小、空间分布等情况。本发明可实现孤石体异常体的三维高分辨率精确成像，为地铁盾构掘进机施工隧道安全快速掘进提供了有力的技术支持。

主权项

一种基于电阻率跨孔CT的地铁盾构区间孤石精细化探测方法，其特征在于，它包括以下步骤：(1)根据现场环境特点和工程造价在掘进面前方未开挖段布置钻孔平面；(2)铺设电阻率跨孔CT测线网，采用二维电阻率跨孔CT探测普查、三维电阻率跨孔CT探测详查的探测方案对地铁隧道盾构掘进前方未开挖段的孤石体进行三维空间定位和形态识别；(3)将探测电极安装到钻孔中，利用组合式观测模式获取孔间介质的地电结构信息，将采集到的数据提取出来形成一个新的序列，所述组合式观测模式包括四极法电极阵列、三极法电极阵列和二极法电极阵列方法；(4)对该序列进行综合反演解译，构造携带距离加权函数的三维电阻率反演目标函数及反演方程，并对反演方程进行求解；(5)形成测区范围内孤石异常体探测的电阻率成像结果图，并结合已有地质分析推断孤石体的大小、空间分布情况；所述步骤(4)中构造携带距离加权函数的反演方程为：[A^TA+λ(W_lC)^T(W_lC)]Δm＝A^TΔd其中，A为偏导数矩阵，Δm为模型参数增量向量，Δd为观测数据，C表示光滑度矩阵；λ为拉格朗日常数，w_l表示网格模型中网格的距离加权因子；所述偏导数矩阵A为：$A_{\mathrm{ij}}=\frac{\partial {\rho }_{\mathrm{si}}}{\partial p_j}=\underset{\Delta {\rho }_j\to 0}{\lim }\frac{\Delta {\rho }_{\mathrm{si}}}{\Delta {\rho }_j}$其中，A_ij为偏导数矩阵A中第i行第j列个元素，ρ_si为第i个视电阻率值，ρ_j为第j个模型网格的电阻率值，令Δρ_j＝ρ_j‑0.99ρ_j，Δρ_si＝ρ_si1‑ρ_si2，其中ρ_si1，ρ_si2分别为模型网格电阻率值ρ_j改变前后的视电阻率值。