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(kāi)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(kāi)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：紅色激光。

電

源：鎳氫可充電電池

電源電壓：1.2V×5

電流參數(shù)：正常工作電流為：

28mA

背景光電流為：

18mA

激光器電流為：

20

mA

測(cè)量輻射場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)分辨率：H檔為：0.05

mw/cm2

m檔為：0.07

mw/cm2

液晶顯示：LCD，帶背景光照明

儀器尺寸：180×88×34（mm）

重

量：

350

g

附

件：通訊電纜、通訊軟件，充電器。

6、可以解決哪些問(wèn)題？在復(fù)雜地質(zhì)條件下，特別是巖溶發(fā)育地區(qū)，相對(duì)掘進(jìn)隧道的隱伏水體或含水構(gòu)造，除了出現(xiàn)在掘進(jìn)前方之外，還可能出現(xiàn)在頂板上方、底板下方、兩邊墻外部。針對(duì)復(fù)雜水文地質(zhì)特點(diǎn)，紅外探測(cè)儀可實(shí)現(xiàn)全空間全方位探測(cè)。其具體地質(zhì)預(yù)報(bào)內(nèi)容如下：

1、

通過(guò)超前探測(cè)可預(yù)報(bào)掘進(jìn)前方30米范圍內(nèi)有無(wú)含水?dāng)鄬雍腿芏础?/p>

2、

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

3、

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

4、

分別向兩邊墻外部探測(cè)，了解30米范圍內(nèi)有無(wú)含水體或者含水?dāng)鄬樱灶A(yù)防含水?dāng)鄬釉谇胺脚c隧道相交造成大突水。

7、儀器操作流程1、在掌子面后方60米處，朝掌子面方向每隔5m對(duì)隧道周邊探測(cè)一次（見(jiàn)圖1所示），每次探測(cè)順序依次為左邊墻、左拱腰、拱頂、右拱腰、右邊墻和隧底中線，每個(gè)斷面的測(cè)點(diǎn)布置示意圖見(jiàn)圖2所示，共探測(cè)12個(gè)斷面，這樣沿隧道軸線方向共形成6條探測(cè)曲線，分別為左邊墻探測(cè)曲線、左拱腰探測(cè)曲線、拱頂探測(cè)曲線、右拱腰探測(cè)曲線、右邊墻探測(cè)曲線和隧底中線探測(cè)曲線。2、掌子面的測(cè)點(diǎn)布置如圖3所示，在掌子面上水平方向自上而下布置4條測(cè)線，每條測(cè)線上布置6個(gè)測(cè)點(diǎn)。圖1沿隧道軸向探測(cè)斷面布置示意圖圖2每個(gè)斷面測(cè)點(diǎn)布置示意圖圖3掌子面測(cè)點(diǎn)布置示意圖左拱腰左邊墻右邊墻右拱腰拱頂隧底中線8、饅數(shù)據(jù)惠判釋謙原則1、霧利用枝掌子雷面探灰測(cè)數(shù)勞據(jù)判答斷含威水構(gòu)旺造如果果掌子謹(jǐn)面前頌方介假質(zhì)相卡對(duì)均催勻，使未遭乘受構(gòu)折造破毒壞，惑6個(gè)幕探測(cè)必點(diǎn)場(chǎng)搜強(qiáng)的蜓橫向盼最大經(jīng)差值師，是武在一舍個(gè)小絕的波例動(dòng)范停圍內(nèi)陳變化抽，通拘過(guò)正咸常掘渠進(jìn)可攜總結(jié)撫一個(gè)瓜當(dāng)?shù)匕傅膱?chǎng)芳強(qiáng)變沒(méi)化上盟限。當(dāng)掌代子面睡前方斜出現(xiàn)促構(gòu)造眨時(shí)，隙首先枯是地勁層結(jié)膛構(gòu)遭土受破腿壞，欲介質(zhì)脈密度芳發(fā)生跳變化壁，構(gòu)薯造中種又填僚充了刪水，扔從微柴觀角臟度講愧，由國(guó)于上混述變綁化相共對(duì)各南探測(cè)雖點(diǎn)空薯間距語(yǔ)離的甲不同拒，因青而使嗓得輻匙射場(chǎng)過(guò)強(qiáng)絕判對(duì)值伏之差傻增大傲。鑒被于此傅，可大以根后據(jù)正再常離逝散值戀來(lái)確釀定前鵝方有御無(wú)含勉水構(gòu)道造。2、坦利用牌探測(cè)罩曲線武判斷放掌子西面前瓜方有鳴無(wú)含威水構(gòu)搞造當(dāng)掌提子面止前方拼不存絕在含偶水構(gòu)拳造時(shí)嶺，各謹(jǐn)探測(cè)雨曲線扣的數(shù)虛值變?cè)曰钱€在一產(chǎn)個(gè)正奶常場(chǎng)鎮(zhèn)的變?yōu)郴豆獓鷥?nèi)勉波動(dòng)策；當(dāng)炊掌子零面前冶方存抬在含懶水構(gòu)擦造時(shí)承，含幼水構(gòu)廁造這飛個(gè)災(zāi)曬害源隆就會(huì)溫產(chǎn)生網(wǎng)一個(gè)蘿災(zāi)害禽場(chǎng)，麥向四刺面八它方傳效播，腫當(dāng)然托也會(huì)惰向掌眉子面申后方密傳播壺。如甜果含栗水構(gòu)恥造在要掌子莊面前獻(xiàn)方不拴超過(guò)鑄30滿米，驚探測(cè)絲式時(shí)將蓮會(huì)發(fā)康現(xiàn)前志方含噸水構(gòu)絞造產(chǎn)抱生的音紅外嫩異常麻。根共據(jù)各卸條探?jīng)]測(cè)曲寄線是便否存跡在紅雷外異參常，冶可以屯確定獵掌子串面前蘆方是油否存累在含煉水構(gòu)琴造。9、踏案例成果井圖展煉示如悶下：圖4諒掌子跳面紅敲外探滾測(cè)曲恥線圖圖5望沿隧筆道軸仙向紅龍外探到測(cè)曲目線圖10布、結(jié)筑論1、偷根據(jù)遞本次莫掌子幅面探株測(cè)所禽得數(shù)喜據(jù)分度析，合最小卷值為葬27險(xiǎn)3μ鋼W/腳cm謠2，遵最大招值為籮27敬6μ育W/采cm袖2，蜓差值施為3愚μW臣/c義m2頃，小村于允性許的音安全謊值1坑0μ兵W/坐cm注2。2、娘根據(jù)餡在左虎邊墻供、左漲拱腰具、拱席頂、磚右拱扯腰、結(jié)右邊喊墻和端隧底解中線陜的各翻探測(cè)物曲線剛可知濁，在搭整體責(zé)上紅追外探路測(cè)曲交線呈趨平緩晉態(tài)勢(shì)沙。根據(jù)岡上述廟1、酷2兩務(wù)種判眨釋方求法，溫結(jié)合完隧道張已開(kāi)紹挖段塔的含納水情處況綜傾合分麻析：掌子偵面前抬方3葬0米竄范圍宏內(nèi)圍緞巖破闊碎，探含水管，發(fā)遍生涌誦突水碰的可補(bǔ)能性價(jià)極小殺。11悼、注辟意的鍬問(wèn)題1、盯探測(cè)掉時(shí)有他無(wú)干悶擾源獵存在屢？干衣擾源跳是否叛排除粥？（如飲大型塘機(jī)械表正在依運(yùn)轉(zhuǎn)饒，尾籠氣排桑放常技使靠旱近掌鑼子面酷處溫鹽度過(guò)巨高；鬧是否膜在測(cè)雜點(diǎn)上艘存在費(fèi)照明乓燈管纖等。妖若干件擾沒(méi)躍有排遙除則允應(yīng)在結(jié)記錄渠表格堤記錄夢(mèng)下干裙擾源奶的點(diǎn)數(shù)位，怨若遇甩個(gè)別吧數(shù)值糟突變旺，則笨應(yīng)重艱復(fù)測(cè)健量，擴(kuò)等數(shù)浴值跳鑰動(dòng)趨留于穩(wěn)勿定后帶再做舒記錄樂(lè)）2、報(bào)探測(cè)趟段落何圍巖乳的含猴水情挑況如平何？正常矮場(chǎng)和概異常貿(mào)場(chǎng)是荷一個(gè)址相對(duì)箏的概投念，緞在相匙對(duì)均添勻且幻玉無(wú)地同質(zhì)災(zāi)匆害源屬情況襪下的暫紅外黃輻射塔場(chǎng)值頃為正梢常場(chǎng)體。若開(kāi)茄挖工穿作面竹附近脅幾十架米范喜圍內(nèi)該都存餅在有葉地下蛇水，游在開(kāi)棄挖工摟作面遺端探冠測(cè)曲揭線發(fā)暑生明眨顯上嶼升或界下降然趨勢(shì)辟時(shí)，晉則可扶能表遙明開(kāi)唱挖工笛作面記前方污不含追地下岡水；長(zhǎng)若地幣下水峰在開(kāi)造挖工默作面護(hù)后方摧探測(cè)堡范圍液內(nèi)、痰前方叔整個(gè)朝空間心都發(fā)燒育，嘆則各裙探測(cè)壺曲線撓變化司比較渡平緩晌，開(kāi)導(dǎo)挖工丹作面侮探測(cè)降數(shù)據(jù)稿最大凳離散保差值屬亦較憶小，紙因此苦資料恐不會(huì)娛顯示喊異常步。需要另強(qiáng)調(diào)籌的是恥紅外腹探測(cè)停法不翼能探聯(lián)測(cè)具察體水越量的災(zāi)大小貞，因煎