本发明公开了一种基于交替电流及全断面隧道掘进机的地质超前探测方法，其包括以下步骤：(1)提供一个地质超前探测系统，所述地质超前探测系统包括位于隧道内的隧道掘进机、恒流源、程控继电器及光纤电流传感器，所述隧道掘进机包括护盾、刀盘及连接所述护盾及所述刀盘的主驱动轴承；(2)以预定周期切换所述恒流源的电流施加位置，以使所述恒流源交替供电给所述护盾及所述刀盘，同时测量对应的电压(3)根据基尔霍夫电流定律及电压与电流的关系计算出所述隧道掘进机的侧向地质体及前方地质体的视电阻率，进而分别分析所述侧向地质体及所述前方地质体的地质状况。

本发明公开了一种基于双路电流平衡及隧道掘进机的地质超前探测方法，其包括以下步骤：(1)提供位于待测地质体内的隧道掘进机及光纤电流传感器，所述隧道掘进机包括护盾、刀盘及连接所述护盾及所述刀盘的主驱动轴承；所述光纤电流传感器缠绕在所述主驱动轴承上，其用于测量流经所述主驱动轴承的电流值；(2)提供双路恒流源，所述双路恒流源的两路电流同时分别施加于所述护盾及所述刀盘；(3)调节两路电流的大小，使所述光纤电流传感器的示数保持为0；(4)根据电压与电流的关系分别计算出所述隧道掘进机的侧向地质体及前方地质体的视电阻率，进而依据计算结果分别分析所述侧向地质体及所述前方地质体的地质状况。

本项成果将有限孔径Kirchhoff型偏移成像方法、高频电磁波绕射波分离方法以及基于高频电磁波偏移成像结果的属性分析方法融合与地质雷达探测系统中，以此来减少偏移成像噪声的影响以及不同构造相应特征的相互影响，同时增强有效信号的显示效果。 一、项目分类 关键核心技术突破 二、成果简介 高精度地质雷达探测系统主要针对地质雷达在探测精度上的提高展开研究。针对复杂的地质构造，地质雷达获取的探测图像往往也比较复杂，包含各种类型地质体的响应特征，这些响应混合在一起会对处理解释人员造成很大的困扰。本项成果将有限孔径Kirchhoff型偏移成像方法、高频电磁波绕射波分离方法以及基于高频电磁波偏移成像结果的属性分析方法融合与地质雷达探测系统中，以此来减少偏移成像噪声的影响以及不同构造相应特征的相互影响，同时增强有效信号的显示效果。相对常规的地质雷达探测系统，本团队提出的“高精度地质雷达探测系统”拥有更高的偏移成像精度 有效信号显示能力以及对各类噪声的抗干扰能力，同时针对最常见的双曲线绕射特征，本系统给出了专门的分离方法，以此进一步减少各类信号的相互干扰并提高整套系统对目标体的识别能力。

本方法利用直流电法和瞬变电磁法两种方法综合，对巷道前方地质异常体实施探测，预报和判断其位置及特征。通过两种方法的电性剖面综合对比与分析，可进一步提高对目标异常体的预报准确率。针对不同探测条件可选择单一或两种方法组合，其操作方便快捷，适应性强。对于长距离掘进巷道可实施连续跟踪探测，即每一次探测控制前方距离 100m，根据探测情况可掘进 80m，当达到 80m 位置时再进行下一次探测与预报，如此循环，向前延伸完成整条巷道的掘进保障任务。

本发明公开了一种基于光纤电流传感器的隧道超前探测装置及 探测方法，该系统由恒流源、电压表、激光光源、光纤电流传感器和 锚杆构成。在全断面隧道掘进机(Tunnel-Boring-Machine，TBM)的掘进 部分通以恒定的电流 I，分别在刀盘的后方和护盾的后方使用光纤缠绕 一圈，利用光纤电流传感器可以获知刀盘、护盾、TBM 后方保障装备 上的电流大小，再进一步测量护盾上的电压计算地质体的视电阻，来 判断地质体的含水量和岩石类别。与传统隧道电流超前探测方法相比， 省去了大量的预绝缘工作。

针对超高细粒尾矿坝存在的松散泥质软弱夹层、初期坝裂缝等结构性安全隐患，构建基于多源信息融合的尾矿坝结构隐患电阻-面波综合法超前探测技术体系，提出反映坝体典型结构隐患分布范围、规模及埋深等的概观评价预测模型。

针对隧道施工中频发的突水灾害预测与控制难题，提出了隧道前方含水量 定性定量识别方法，研发了复合激电仪预报设备，建立了地质综合超前预报体 系。攻克了突涌水治理中导水通道高分辨率探查技术难题，研发了高早强富水 破碎岩体注浆加固堵水材料与硅胶注浆材料，针对富水断层破碎带、节理裂隙、 岩溶管道及孔隙微裂隙涌水，提出了 4 种关键治理技术及新工艺；建立了以物 探为先导，新型材料与特种工艺为手段，围岩安全控制为目标的突涌水综合治 理实用技术体系，成果获得国家科技进步二等奖和省科技进步一等奖。 该技术先后在在青岛胶州湾海底隧道、湖北沪蓉西高速公路、宜万铁路、 北京地铁奥运支线、大庆至广州高速公路、三峡翻坝公路、宜巴高速公路、山 西灵山高速公路及江边电站引水隧洞等工程中得到了应用，取得了显著经济社 会效益。

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河北地质大学创办于1953年，是原地质部直属五大院校之一，是国土资源部、河北省人民政府共建大学，省属重点骨干大学，中国科学院院士李廷栋任学校名誉校长。 作为新中国最早设置经济管理类专业的原地质部直属院校，学校始终以“为资源环境可持续发展提供人才和科技支撑”为核心使命。秉承“达观博物”的校训，弘扬“艰苦奋斗，求实创新”的光荣传统，历经60余年的办学历程，学校逐渐形成了“突出资源环境与经济管理总体特色，强化地球科学、经济管理科学、环境科学、土地测绘科学、建筑工程科学、信息技术科学、人文社会科学、基础科学等多层次学科专业群的协同发展和深度交叉融合”的办学特色。 时至今日，学校拥有理学、工学、管理学、经济学、法学、文学、艺术学7大学科门类，65个本科专业，其中有4个国家级特色专业(包括资源勘查工程专业、工商管理专业、土地资源管理专业、地下水科学与工程专业)，4个国家级、省级综合改革试点专业(包括计算机科学与技术专业、资源勘查工程专业、会计学专业、土地资源管理专业)，4个河北省高等学校本科教育创新高地(包括地质矿产教育创新高地、管理教育创新高地、水利水电教育创新高地、经贸会计教育创新高地)，8个河北省高等学校品牌特色专业(包括资源勘查工程专业、勘查技术与工程专业、工商管理专业、土地资源管理专业、地下水科学与工程专业、水文与水资源工程专业、国际经济与贸易专业、会计学专业)。学校拥有地质学、地质资源与地质工程、工商管理、管理科学与工程、计算机科学与技术、法学、应用经济学、数学、材料科学与工程、环境科学与工程、公共管理11个一级学科硕士学位授权点(涵盖51个二级学科硕士授权点)，地质工程、工商管理(MBA)、会计(MPACC)、金融、艺术、应用统计、工程管理7个专业硕士学位授权领域，拥有同等学历硕士学位授予权。学校面向全国31个省、直辖市、自治区招生，全日制在校生约18000人。2016年，学校成为博士学位授权立项建设单位。 学校现有专任教师900多人，其中50%具有高级专业技术职务，92%具有博士、硕士学位。他们当中有政府特殊津贴专家、省管优秀专家、省有突出贡献的中青年专家、省社会科学优秀青年专家、省青年拔尖人才、省“三三三人才工程”、省级教学名师等73人。近年来，学校先后引进了中科院院士刘嘉麒，工程院院士毛景文，德国洪堡学者、“国家杰青”获得者季强，著名专家李召良等一批杰出人才。学校另聘有兼职教授、客座教授187人，其中院士14人。 学校高度重视办学保障能力提升。图书馆现有藏书130万册，中外文纸质期刊1400余种，电子图书345万册;拥有地学和经济管理2个国家级实验教学示范中心，水资源环境、珠宝首饰与矿物加工等5个省级实验教学示范中心;学校建有各级实习实训基地221个;学校还建有地球科学博物馆和钱圆金融博物馆，其中地球科学博物馆是国家、省、市科普教育基地和素质教育基地。 学校始终坚持立德树人，因材施教，通过全面深化人才培养模式改革，强化创新创业教育，为学生全面发展、个性化成才提供保障。近五年来，本科学生完成科研项目590余项，发表科技论文580余篇;在“创青春”全国大学生创业大赛、“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛、数学建模、广告艺术、人文知识、英语大赛、攀岩、足球等竞赛中，获得国家级奖项249项，省级奖项514项;每年有百余名同学获国家级、省级荣誉称号，“2012年度中国大学生年度人物”唐建哲同学受到习近平总书记的接见。 为促进学生就业，提高就业质量，学校每年都组织近百场各类型招聘会，邀请近千家企事业单位到学校招聘人才，为毕业生提供就业岗位20000余个。近五年，硕士研究生就业率达100%，本科生就业率均在92%以上。 近年来，学校科研成果丰硕，先后获国家科技进步奖、国家级教学成果奖4项，2017年季强教授团队在同一期《Nature》杂志上发表了两篇高水平学术论文，2018年季强教授团队在我国首次发现海德堡人类型化石。学校拥有9个省级重点学科和重点发展学科，拥有河北省矿产资源战略与管理研究基地、河北省水资源可持续利用与产业结构优化协同创新中心等7个省部级科研基地，拥有水资源可持续利用与开发、光电信息与地球探测技术等省级重点实验室及130余个专业实验室。 学校不断提升开放办学格局，为师生发展和服务国家提供有力支撑。学校与英国、美国、加拿大、德国、俄罗斯、澳大利亚、法国、韩国、捷克等国家的20多所高校建立了友好合作关系，广泛开展了学生互换、学分互认、学位互授、科研合作等多种形式的合作。学校的捷克奥斯特拉发技术大学孔子课堂，在积极传播中国文化服务“一带一路”倡议的同时，也为师生与欧洲的交流架起了友好的桥梁。 六十五年来，学校培养了十多万毕业生，国土资源部原副部长徐德明，中国工程院院士武强、毛景文，中国科学院院士侯增谦，南极科考队队长李院生、吴根水，暨南大学校长胡军，李四光地质科学奖获得者张宏，“张衡一号”卫星工程首席科学家申旭辉，华夏人寿保险公司总裁赵子良，中海油总公司总地质师谢玉洪等是他们当中的杰出代表。 学校的建设和发展得到了各级领导的亲切关怀与大力支持。毛泽东、胡锦涛、习近平等党和国家领导人都曾亲切接见我校师生。温家宝同志把他亲自采集的岩矿标本和撰写的《温家宝地质笔记》先后赠予学校，勉励师生继续发扬“艰苦奋斗、求实创新”的精神，为祖国的建设做出新的贡献。 回首过去，伴随着共和国的建设和发展，学校几代人以校为荣，艰苦奋斗，薪火相继，励志践行;展望未来，全校师生将继续发扬传统，和衷共济，凝心聚力，开拓进取，努力将我校建设成“省内一流、国内知名、国际上有较强影响力、在资源环境及相关领域有突出优势”的创新型多科性大学! (数据统计截止到2018年9月)