T紅外探水法在隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)中的應(yīng)用

超前地質(zhì)預(yù)報(bào)之紅外探水XX有限責(zé)任公司2010-5一、超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)概述

隧道施工過(guò)程中的地質(zhì)超前預(yù)報(bào)技術(shù)由來(lái)已久，國(guó)外如英、法、日、德等均將此列為隧道工程建設(shè)的重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容，在我國(guó)，隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的研究始于20世紀(jì)50年代末，但真正應(yīng)用于隧道工程（或其他地下工程）建設(shè)是在20世界70年代?？v觀國(guó)內(nèi)外隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)的發(fā)展，基本上經(jīng)歷了以下幾個(gè)發(fā)展階段：1、地質(zhì)法階段利用掌子面的巖體結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀及發(fā)育狀況、巖體破碎程度、巖石的變質(zhì)程度等變化特征預(yù)報(bào)前方圍巖的穩(wěn)定性及失穩(wěn)破壞形式。2、超前平行導(dǎo)坑法階段利用已有平行隧道或?qū)Э拥刭|(zhì)資料對(duì)正在開挖的隧道進(jìn)行地質(zhì)預(yù)報(bào)，當(dāng)兩個(gè)平行隧道間距較小時(shí)預(yù)報(bào)效果很好。但平導(dǎo)的開挖同樣有可能面臨由不良地質(zhì)體帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)。3、超前水平鉆孔階段利用鉆進(jìn)速度、巖屑、出水情況、有無(wú)頂鉆等現(xiàn)象進(jìn)行的一種預(yù)報(bào)手段，是隧道施工期地質(zhì)預(yù)報(bào)的最直接的一種方法。4、超前鉆孔聲波測(cè)井及跨孔聲波透射階段通過(guò)孔中測(cè)井或跨孔聲波測(cè)試結(jié)果對(duì)掌子面前方的圍巖情況進(jìn)行預(yù)報(bào)。5、發(fā)射波法階段利用聲波、超聲波、地震波及電磁波在地層中傳播、反射等等信號(hào)對(duì)掌子面前方的地質(zhì)情況進(jìn)行判釋。

2、目前多采用的預(yù)報(bào)技術(shù)手段目前，超前地質(zhì)預(yù)報(bào)所采用的方法和手段很多，但總的來(lái)說(shuō)，可以大致劃分為以下幾種：1、地質(zhì)素描法2、超前導(dǎo)坑法3、鉆探法4、物探法以上方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，在實(shí)際操作中易搭配使用。在《鐵路隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)指南》鐵建設(shè)【2008】105號(hào)中規(guī)定：

采用地質(zhì)調(diào)查與勘探相結(jié)合、物探與鉆探相結(jié)合、長(zhǎng)距離與短距離相結(jié)合、地面與地下相結(jié)合、超前導(dǎo)坑與主洞相結(jié)合的指導(dǎo)思想，通過(guò)對(duì)各種方法的預(yù)報(bào)結(jié)果綜合分析解釋，相互印證，提高預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確率。3、隧道施工中的水害錄像

(摘自鐵道部工管中心培訓(xùn)資料)大支坪隧道進(jìn)口端涌水涌泥錄像馬鹿箐隧道進(jìn)口端涌水錄像4、超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)之紅外探水法什么是紅外線？紅外線可以人為地制造,自然界中也廣泛存在,一般的生物都會(huì)輻射出紅外線,體現(xiàn)出來(lái)的宏觀效應(yīng)就是熱度。我們知道,熱產(chǎn)生的原因,是組成物質(zhì)的粒子做不規(guī)則運(yùn)動(dòng)，這個(gè)運(yùn)動(dòng)同時(shí)也輻射出電磁波,這些電磁波大部分都是紅外線。（紅外線只是電磁波的一種）

紅外探測(cè)法是一種間接的探測(cè)手段，屬于物探范疇。其基本原理如下所述：

地質(zhì)體每時(shí)每刻都在由向外部發(fā)射紅外能量，并形成紅外輻射場(chǎng)。地質(zhì)體由內(nèi)向外發(fā)射紅外輻射時(shí)，必然會(huì)把地質(zhì)體內(nèi)部的地質(zhì)信息，以紅外電磁場(chǎng)的形式傳遞出來(lái)。

當(dāng)隧道前方和外圍介質(zhì)相對(duì)比較均勻，且不存在隱蔽災(zāi)害源時(shí)，沿隧道走向分別對(duì)

拱頂、左右拱腰、左右邊墻、隧底向外進(jìn)行探測(cè)，所獲得的紅外探測(cè)曲線具有正常場(chǎng)特征。當(dāng)隧道斷面前方或隧道外圍任一空間部位存在隱蔽災(zāi)害源時(shí)，隱蔽災(zāi)害源產(chǎn)生的災(zāi)害場(chǎng)就一定會(huì)迭加到正常場(chǎng)上，使正常場(chǎng)中的某一段曲線發(fā)生畸變，畸變段稱作紅外異常。紅外探測(cè)就是根據(jù)紅外異常來(lái)確定隱蔽災(zāi)害源的存在。隱蔽災(zāi)害源是指含水?dāng)鄬?、含水溶洞、地下暗河?、HW-304儀器參數(shù)瞄準(zhǔn)方式：紅紅色激光。電電源源：：鎳氫可充電電電池

電源源電壓：1.2V×5電流參數(shù)：正正常工作電流流為：28mA背景光電流為為：18mA激光器電流為為：20mA測(cè)量輻射場(chǎng)場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)分辨率：：H檔為：0.05mw/cm2m檔為：0.07mw/cm2液晶顯示：LCD，帶背景光照照明

儀器尺尺寸：180×88×34（mm）

重量量：350

g附件件：通訊電電纜、通訊軟軟件，充電器器。6、可以解決哪哪些問(wèn)題？在復(fù)雜地質(zhì)條條件下，特別別是巖溶發(fā)育育地區(qū)，相對(duì)對(duì)掘進(jìn)隧道的的隱伏水體或或含水構(gòu)造，，除了出現(xiàn)在在掘進(jìn)前方之之外，還可能能出現(xiàn)在頂板板上方、底板板下方、兩邊邊墻外部。針針對(duì)復(fù)雜水文文地質(zhì)特點(diǎn)，，紅外探測(cè)儀儀可實(shí)現(xiàn)全空空間全方位探探測(cè)。其具體體地質(zhì)預(yù)報(bào)內(nèi)內(nèi)容如下：1、

通過(guò)超前前探測(cè)可預(yù)報(bào)報(bào)掘進(jìn)前方30米范圍內(nèi)有無(wú)無(wú)含水?dāng)鄬雍秃腿芏础?、

通過(guò)對(duì)頂頂板上方探測(cè)測(cè)，可確定隧隧道上方30米范圍有無(wú)含含水層或含水水構(gòu)造。3、

通過(guò)對(duì)底底板下方探測(cè)測(cè)，可了解下下方有無(wú)含水水構(gòu)造，以預(yù)預(yù)防滯后突水水。4、

分別向兩兩邊墻外部探探測(cè)，了解30米范圍內(nèi)有無(wú)無(wú)含水體或者者含水?dāng)鄬?，，以預(yù)防含水水?dāng)鄬釉谇胺椒脚c隧道相交交造成大突水水。7、儀器操作流流程1、在掌子面后后方60米處，朝掌子子面方向每隔隔5m對(duì)隧道周邊探探測(cè)一次（見見圖1所示），每次次探測(cè)順序依依次為左邊墻墻、左拱腰、、拱頂、右拱拱腰、右邊墻墻和隧底中線線，每個(gè)斷面面的測(cè)點(diǎn)布置置示意圖見圖圖2所示，共探測(cè)測(cè)12個(gè)斷面，這樣樣沿隧道軸線線方向共形成成6條探測(cè)曲線，，分別為左邊邊墻探測(cè)曲線線、左拱腰探探測(cè)曲線、拱拱頂探測(cè)曲線線、右拱腰探探測(cè)曲線、右右邊墻探測(cè)曲曲線和隧底中中線探測(cè)曲線線。2、掌子面的測(cè)測(cè)點(diǎn)布置如圖圖3所示，在掌子子面上水平方方向自上而下下布置4條測(cè)線，每條條測(cè)線上布置置6個(gè)測(cè)點(diǎn)點(diǎn)。圖1沿隧道道軸向向探測(cè)測(cè)斷面面布置置示意意圖圖2每個(gè)斷斷面測(cè)測(cè)點(diǎn)布布置示示意圖圖圖圖3掌子面面測(cè)點(diǎn)點(diǎn)布置置示意意圖左拱腰左邊墻右邊墻右拱腰拱頂隧底中線8、數(shù)據(jù)據(jù)判釋釋原則則1、利用用掌子子面探探測(cè)數(shù)數(shù)據(jù)判判斷含含水構(gòu)構(gòu)造如果掌掌子面面前方方介質(zhì)質(zhì)相對(duì)對(duì)均勻勻，未未遭受受構(gòu)造造破壞壞，6個(gè)探測(cè)測(cè)點(diǎn)場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)的的橫向向最大大差值值，是是在一一個(gè)小小的波波動(dòng)范范圍內(nèi)內(nèi)變化化，通通過(guò)正正常掘掘進(jìn)可可總結(jié)結(jié)一個(gè)個(gè)當(dāng)?shù)氐氐膱?chǎng)場(chǎng)強(qiáng)變變化上上限。。當(dāng)掌子子面前前方出出現(xiàn)構(gòu)構(gòu)造時(shí)時(shí)，首首先是是地層層結(jié)構(gòu)構(gòu)遭受受破壞壞，介介質(zhì)密密度發(fā)發(fā)生變變化，，構(gòu)造造中又又填充充了水水，從從微觀觀角度度講，，由于于上述述變化化相對(duì)對(duì)各探探測(cè)點(diǎn)點(diǎn)空間間距離離的不不同，，因而而使得得輻射射場(chǎng)強(qiáng)強(qiáng)絕對(duì)對(duì)值之之差增增大。。鑒于于此，，可以以根據(jù)據(jù)正常常離散散值來(lái)來(lái)確定定前方方有無(wú)無(wú)含水水構(gòu)造造。2、利用用探測(cè)測(cè)曲線線判斷斷掌子子面前前方有有無(wú)含含水構(gòu)構(gòu)造當(dāng)掌子子面前前方不不存在在含水水構(gòu)造造時(shí)，，各探探測(cè)曲曲線的的數(shù)值值變化化是在在一個(gè)個(gè)正常常場(chǎng)的的變化化范圍圍內(nèi)波波動(dòng)；；當(dāng)掌掌子面面前方方存在在含水水構(gòu)造造時(shí)，，含水水構(gòu)造造這個(gè)個(gè)災(zāi)害害源就就會(huì)產(chǎn)產(chǎn)生一一個(gè)災(zāi)災(zāi)害場(chǎng)場(chǎng)，向向四面面八方方傳播播，當(dāng)當(dāng)然也也會(huì)向向掌子子面后后方傳傳播。。如果果含水水構(gòu)造造在掌掌子面面前方方不超超過(guò)30米，探探測(cè)時(shí)時(shí)將會(huì)會(huì)發(fā)現(xiàn)現(xiàn)前方方含水水構(gòu)造造產(chǎn)生生的紅紅外異異常。。根據(jù)據(jù)各條條探測(cè)測(cè)曲線線是否否存在在紅外外異常常，可可以確確定掌掌子面面前方方是否否存在在含水水構(gòu)造造。9、案例例成果圖圖展示示如下下：圖4掌子面面紅外外探測(cè)測(cè)曲線線圖圖5沿隧道道軸向向紅外外探測(cè)測(cè)曲線線圖10、結(jié)論論1、根據(jù)據(jù)本次次掌子子面探探測(cè)所所得數(shù)數(shù)據(jù)分分析，，最小小值為為273μW/cm2，最大大值為為276μW/cm2，差值值為3μW/cm2，小于于允許許的安安全值值10μμW/cm2。2、根據(jù)據(jù)在左左邊墻墻、左左拱腰腰、拱拱頂、、右拱拱腰、、右邊邊墻和和隧底底中線線的各各探測(cè)測(cè)曲線線可知知，在在整體體上紅紅外探探測(cè)曲曲線呈呈平緩緩態(tài)勢(shì)勢(shì)。根據(jù)上上述1、2兩種判判釋方方法，，結(jié)合合隧道道已開開挖段段的含含水情情況綜綜合分分析：：掌子面面前方方30米范圍圍內(nèi)圍圍巖破破碎，，含水水，發(fā)發(fā)生涌涌突水水的可可能性性極小小。11、注意意的問(wèn)問(wèn)題1、探測(cè)測(cè)時(shí)有有無(wú)干干擾源源存在在？干干擾源源是否否排除除？（如大大型機(jī)機(jī)械正正在運(yùn)運(yùn)轉(zhuǎn)，，尾氣氣排放放常使使靠近近掌子子面處處溫度度過(guò)高高；是是否在在測(cè)點(diǎn)點(diǎn)上存存在照照明燈燈管等等。若若干擾擾沒有有排除除則應(yīng)應(yīng)在記記錄表表格記記錄下下干擾擾源的的點(diǎn)位位，若若遇個(gè)個(gè)別數(shù)數(shù)值突突變，，則應(yīng)應(yīng)重復(fù)復(fù)測(cè)量量，等等數(shù)值值跳動(dòng)動(dòng)趨于于穩(wěn)定定后再再做記記錄））2、探測(cè)測(cè)段落落圍巖巖的含含水情情況如如何？？正常場(chǎng)場(chǎng)和異異常場(chǎng)場(chǎng)是一一個(gè)相相對(duì)的的概念念，在在相對(duì)對(duì)均勻勻且無(wú)無(wú)地質(zhì)質(zhì)災(zāi)害害源情情況下下的紅紅外輻輻射場(chǎng)場(chǎng)值為為正常常場(chǎng)。。若開挖挖工作作面附附近幾幾十米米范圍圍內(nèi)都都存在在有地地下水水，在在開挖挖工作作面端端探測(cè)測(cè)曲線線發(fā)生生明顯顯上升升或下下降趨趨勢(shì)時(shí)時(shí)，則則可能能表明明開挖挖工作作面前前方不不含地地下水水；若若地下下水在在開挖挖工作作面后后方探探測(cè)范范圍內(nèi)內(nèi)、前前方整整個(gè)空空間都都發(fā)育育，則則各探探測(cè)曲曲線變變化比比較平平緩，，開挖挖工作作面探探測(cè)數(shù)數(shù)據(jù)最最大離離散差差值亦亦較小小，因因此資資料不不會(huì)顯顯示異異常。。需要強(qiáng)強(qiáng)調(diào)的的是紅紅外探探測(cè)法法不能能探測(cè)測(cè)具體體水量量的大大小，，因?yàn)闉榫唧w體水量量的大