紅外探水法在隧道超前地質預報中的應用

超前地質預報之紅外探水XX有限責任公司2010-5一、超前地質預報技術概述

隧道施工過程中的地質超前預報技術由來已久，國外如英、法、日、德等均將此列為隧道工程建設的重點研究內容，在我國，隧道超前地質預報的研究始于20世紀50年代末，但真正應用于隧道工程（或其他地下工程）建設是在20世界70年代?？v觀國內外隧道超前地質預報技術的發(fā)展，基本上經(jīng)歷了以下幾個發(fā)展階段：1、地質法階段利用掌子面的巖體結構面產(chǎn)狀及發(fā)育狀況、巖體破碎程度、巖石的變質程度等變化特征預報前方圍巖的穩(wěn)定性及失穩(wěn)破壞形式。2、超前平行導坑法階段利用已有平行隧道或導坑地質資料對正在開挖的隧道進行地質預報，當兩個平行隧道間距較小時預報效果很好。但平導的開挖同樣有可能面臨由不良地質體帶來的風險。3、超前水平鉆孔階段利用鉆進速度、巖屑、出水情況、有無頂鉆等現(xiàn)象進行的一種預報手段，是隧道施工期地質預報的最直接的一種方法。4、超前鉆孔聲波測井及跨孔聲波透射階段通過孔中測井或跨孔聲波測試結果對掌子面前方的圍巖情況進行預報。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、反射等等信號對掌子面前方的地質情況進行判釋。

2、目前多采用的預報技術手段目前，超前地質預報所采用的方法和手段很多，但總的來說，可以大致劃分為以下幾種：1、地質素描法2、超前導坑法3、鉆探法4、物探法以上方法各有優(yōu)缺點，在實際操作中易搭配使用。在《鐵路隧道超前地質預報技術指南》鐵建設【2008】105號中規(guī)定：

采用地質調查與勘探相結合、物探與鉆探相結合、長距離與短距離相結合、地面與地下相結合、超前導坑與主洞相結合的指導思想，通過對各種方法的預報結果綜合分析解釋，相互印證，提高預報的準確率。3、隧道施工中的水害錄像

(摘自鐵道部工管中心培訓資料)大支坪隧道進口端涌水涌泥錄像馬鹿箐隧道進口端涌水錄像4、超前地質預報技術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,一般的生物都會輻射出紅外線,體現(xiàn)出來的宏觀效應就是熱度。我們知道,熱產(chǎn)生的原因,是組成物質的粒子做不規(guī)則運動，這個運動同時也輻射出電磁波,這些電磁波大部分都是紅外線。（紅外線只是電磁波的一種）

紅外探測法是一種間接的探測手段，屬于物探范疇。其基本原理如下所述：

地質體每時每刻都在由向外部發(fā)射紅外能量，并形成紅外輻射場。地質體由內向外發(fā)射紅外輻射時，必然會把地質體內部的地質信息，以紅外電磁場的形式傳遞出來。

當隧道前方和外圍介質相對比較均勻，且不存在隱蔽災害源時，沿隧道走向分別對

拱頂、左右拱腰、左右邊墻、隧底向外進行探測，所獲得的紅外探測曲線具有正常場特征。當隧道斷面前方或隧道外圍任一空間部位存在隱蔽災害源時，隱蔽災害源產(chǎn)生的災害場就一定會迭加到正常場上，使正常場中的某一段曲線發(fā)生畸變，畸變段稱作紅外異常。紅外探測就是根據(jù)紅外異常來確定隱蔽災害源的存在。隱蔽災害源是指含水斷層、含水溶洞、地下暗河。5、HW-304儀器參數(shù)瞄準方式：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測量輻射場場場強分辨率：：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、可以解決哪哪些問題？在復雜地質條條件下，特別別是巖溶發(fā)育育地區(qū)，相對對掘進隧道的的隱伏水體或或含水構造，，除了出現(xiàn)在在掘進前方之之外，還可能能出現(xiàn)在頂板板上方、底板板下方、兩邊邊墻外部。針針對復雜水文文地質特點，，紅外探測儀儀可實現(xiàn)全空空間全方位探探測。其具體體地質預報內內容如下：1、

通過超前前探測可預報報掘進前方30米范圍內有無無含水斷層和和溶洞。2、

通過對頂頂板上方探測測，可確定隧隧道上方30米范圍有無含含水層或含水水構造。3、

通過對底底板下方探測測，可了解下下方有無含水水構造，以預預防滯后突水水。4、

分別向兩兩邊墻外部探探測，了解30米范圍內有無無含水體或者者含水斷層，，以預防含水水斷層在前方方與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對隧道周邊探探測一次（見見圖1所示），每次次探測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，每個斷面面的測點布置置示意圖見圖圖2所示，共探測測12個斷面，這樣樣沿隧道軸線線方向共形成成6條探測曲線，，分別為左邊邊墻探測曲線線、左拱腰探探測曲線、拱拱頂探測曲線線、右拱腰探探測曲線、右右邊墻探測曲曲線和隧底中中線探測曲線線。2、掌子面的測測點布置如圖圖3所示，在掌子子面上水平方方向自上而下下布置4條測線，每條條測線上布置置6個測點。圖1沿隧道軸向探探測斷面布置置示意圖圖2每個斷面測點點布置示意圖圖圖圖3掌子面測點布布置示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)判釋原原則1、利用掌子面面探測數(shù)據(jù)判判斷含水構造造如果掌子面前前方介質相對對均勻，未遭遭受構造破壞壞，6個探測點場強強的橫向最大大差值，是在在一個小的波波動范圍內變變化，通過正正常掘進可總總結一個當?shù)氐氐膱鰪娮兓舷?。當掌子面前方方出現(xiàn)構造時時，首先是地地層結構遭受受破壞，介質質密度發(fā)生變變化，構造中中又填充了水水，從微觀角角度講，由于于上述變化相相對各探測點點空間距離的的不同，因而而使得輻射場場強絕對值之之差增大。鑒鑒于此，可以以根據(jù)正常離離散值來確定定前方有無含含水構造。2、利用探測曲曲線判斷掌子子面前方有無無含水構造當掌子面前方方不存在含水水構造時，各各探測曲線的的數(shù)值變化是是在一個正常常場的變化范范圍內波動；；當掌子面前前方存在含水水構造時，含含水構造這個個災害源就會會產(chǎn)生一個災災害場，向四四面八方傳播播，當然也會會向掌子面后后方傳播。如如果含水構造造在掌子面前前方不超過30米，探測時將將會發(fā)現(xiàn)前方方含水構造產(chǎn)產(chǎn)生的紅外異異常。根據(jù)各各條探測曲線線是否存在紅紅外異常，可可以確定掌子子面前方是否否存在含水構構造。9、案例成果圖展示如如下：圖4掌子面紅外探探測曲線圖圖5沿隧道軸向紅紅外探測曲線線圖10、結論1、根據(jù)本次掌掌子面探測所所得數(shù)據(jù)分析析，最小值為為273μW/cm2，最大值為276μW/cm2，差值為3μW/cm2，小于允許的的安全值10μW/cm2。2、根據(jù)在左邊邊墻、左拱腰腰、拱頂、右右拱腰、右邊邊墻和隧底中中線的各探測測曲線可知，，在整體上紅紅外探測曲線線呈平緩態(tài)勢勢。根據(jù)上述1、2兩種判釋方法法，結合隧道道已開挖段的的含水情況綜綜合分析：掌子面前方30米范圍內圍巖巖破碎，含水水，發(fā)生涌突突水的可能性性極小。11、注意的問題題1、探測時有無無干擾源存在在？干擾源是是否排除？（如大型機械械正在運轉，，尾氣排放常常使靠近掌子子面處溫度過過高；是否在在測點上存在在照明燈管等等。若干擾沒沒有排除則應應在記錄表格格記錄下干擾擾源的點位，，若遇個別數(shù)數(shù)值突變，則則應重復測量量，等數(shù)值跳跳動趨于穩(wěn)定定后再做記錄錄）2、探測段落落圍巖的含含水情況如如何？正常場和異異常場是一一個相對的的概念，在在相對均勻勻且無地質質災害源情情況下的紅紅外輻射場場值為正常常場。若開挖工作作面附近幾幾十米范圍圍內都存在在有地下水水，在開挖挖工作面端端探測曲線線發(fā)生明顯顯上升或下下降趨勢時時，則可能能表明開挖挖工作面前前方不含地地下水；若若地下水在在開挖工作作面后方探探測范圍內內、前方整整個空間都都發(fā)育，則則各探測曲曲線變化比比較平緩，，開挖工作作面探測數(shù)數(shù)據(jù)最大離離散差值亦亦較小，因因此資料不不會顯示異異常。需要強調的