CN105334548A - 岩溶地区隧道施工中的地质预报方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种岩溶地区隧道施工中的地质预报方法，对于每一循环的隧道掘进，该方法包括如下步骤：1)进行红外探测；2)采用TSP地震波探测仪进行探测；3)采用地质雷达进行探测；4)采用水平钻孔进行探测，只有在这四级探测中未探测出前方岩体含溶洞，才判断为不存在溶洞地质灾害体。另外，在进行上述四级探测前，可以采用岩土工程软件，根据前方岩体的物理力学属性、隧道及岩体的几何参数，计算隧道施工前方岩体含溶洞的风险，对于风险高的岩体进行重点探测，而对于风险低的岩体进行一般探测。本预报方法的准确度高、效率高、成本低。

Description

岩溶地区隧道施工中的地质预报方法

技术领域

本发明属于岩溶地区隧道施工领域，具体说涉及一种岩溶地区隧道施工中的地质预报方法。

背景技术

随着我国西南地区大规模基础设施建设的快速展开，岩溶地区铁路隧道、公路隧道、引水隧洞的施工与日俱增。岩溶地区的地形地貌复杂、生态环境脆弱。具体说，岩溶地区地层岩性复杂，碳酸盐地层广布，溶洞、褶皱、断裂、岩溶水、断层水等普遍。由于岩溶地区结构千变万化，从而使隧道施工中前方地质情况具有随机性、模糊性和不可预见性。因此，岩溶地区隧道施工中做好超前地质预报、从而根据前方地质条件调整施工方法，对于岩溶地区隧道施工的安全来说是至关重要的。

近年来，在各种岩体的隧道施工过程中进行地质预报时主要采用长距离TSP法、红外探测法、超前水平钻孔法、地质雷达法、超前炮孔法等地质预报方法。虽然以上各项地质预报方法都比较成熟，但各有利弊，无论单独使用哪种预报方法均不能准确预报前方岩体的地质状况。

在目前已有的一些超前地质预报中，仅以两种物探手段进行超前探测后就做出超前地质预报的情况较为常见。但在物探方法的选择上，均未能根据隧道实际的地质条件进行优化组合，预报成本较高，而且，即使使用先进的物探仪器也难以取得理想的效果，预报准确度较低。

对于岩溶地区隧道施工过程来说，实际进行超前地质预报时，不同施工单位选用的地质预报方法均不相同，实际施工过程中应该采用哪几种单项地质预报方法、应该如何安排各单项预报方法的顺序、所选用多种单项预报方法之间存在怎样的相互关系等问题尚未得到完整合理的解决。所以在岩溶地区隧道的实际施工过程中，经常出现超前地质预报方法选用不当、不能对岩溶等地质灾害体及时进行准确地预报、需多次反复进行验证等实际问题，从而导致施工工期延误、投入成本增加、安全系数降低、施工安全风险增大。

发明内容

为了解决以上技术问题，本发明提供一种岩溶地区隧道施工中的地质预报方法，该地质预报方法采用至少四种探测手段对岩溶体进行探测，然后对探测结果进行综合分析，以便得出最可靠的超前地质预报结果，以指导施工顺利进行。

本发明提供一种岩溶地区隧道施工中的地质预报方法，对于每一循环的隧道掘进，该方法包括如下步骤：

1)进行红外探测，绘制相应的红外辐射曲线，根据该曲线的趋势判断前方岩体是否含岩溶水，如果判断出前方岩体含岩溶水，则采取相应措施处理前方岩体中存在的含水溶洞，如果未判断出前方岩体含岩溶水，则执行步骤2)；

2)采用TSP地震波探测仪进行探测，如果探测出前方岩体含溶洞，则采取相应措施处理前方岩体中存在的溶洞，如果未探测出前方岩体含溶洞，则执行步骤3)；

3)采用地质雷达进行探测，如果探测出前方岩体含溶洞，则采取相应措施处理前方岩体中存在的溶洞，如果未探测出前方岩体含溶洞，则执行步骤4)；

4)采用水平钻孔进行探测，如果探测出前方岩体含溶洞，则采取相应措施处理前方岩体中存在的溶洞，如果未探测出前方岩体含溶洞，则判断为不存在溶洞地质灾害体。

另外，优选地，在步骤1)之前还可以包括如下步骤：

采用岩土工程软件，根据前方岩体的物理力学属性、隧道及岩体的几何参数，计算隧道的拱顶沉降值、净空收敛值、地表沉降值及拱底隆起值，如果计算出的这些值超出其相应的安全阈值，则依次执行步骤1)至4)，如果计算出的这些值未超出安全阈值，则执行步骤1)至4)中的至少一个步骤。

优选地，所述岩土工程软件可以为MidasGTS软件，所述岩体的物理力学属性可以包括重度、泊松比、弹性模量、内摩擦角、粘聚力。

优选地，采用TSP地震波探测仪进行探测时，可以每隔100m～150m对掌子面前方的地质状况进行一次探测。

优选地，采用地质雷达进行探测时，可以开挖中导洞，以该中导洞为核心使地质雷达呈辐射状布置。

优选地，采用水平钻孔进行探测时，可以对开挖前方30～50m的距离进行钻探。

本发明的有益效果是：以溶洞等地质灾害体为对象，将精细化综合超前地质预报贯穿于岩溶地区隧道施工的全过程。利用数值计算分析预判岩溶地区隧道施工前方岩体中的溶洞风险，从而使得超前地质预报工作能够有的放矢、重点突出、消除地质预报的盲目性、并提高预报准确率和效率，降低预报成本。所选用多种单项预报方法之间的相互关系明确且设计合理、各种单项预报方法的探测结果互为补充，各步骤间的衔接及顺序安排合理。实际进行探测时，分为四级预报，第一级采用红外探测进行预报，第二级运用TSP地震波探测仪进行预报，第三级采用地质雷达进行预报，第四级采用地质钻机打设超前探孔或者采用超前导坑法进行预报。本发明提供的方法是岩溶地区勘察方法的深化，弥补了当前岩溶地区地勘成果综合分析不足的缺陷。

附图说明

图1为流程图，示出了本发明的一个实施例所述的岩溶地区隧道施工中的地质预报方法的一个实施例。

具体实施方式

下面将参考附图来描述本发明所述的岩溶地区隧道施工中的地质预报方法的实施例。本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。

图1为流程图，示出了本发明的一个实施例所述的岩溶地区隧道施工中的地质预报方法的一个实施例。如图1所示，本发明的一个实施例所述的岩溶地区隧道施工中的地质预报方法在每一循环的隧道掘进中包括如下步骤：

首先，在步骤S10中，进行红外探测，绘制相应的红外辐射曲线。然后，在步骤S11，根据该曲线的趋势判断前方岩体是否含岩溶水。如果在步骤S11中判断出前方岩体含岩溶水(即，判断为异常)，则在步骤S12中采取相应措施处理前方岩体中存在的含水溶洞，如果在步骤S11中未判断出前方岩体含岩溶水(即，判断为正常)，则执行步骤S20。

红外探测的重点是对岩溶水进行探测。可以采用HY-303型探水仪来进行红外探测。岩体每时每刻都在向外发射红外波段的电磁波，通过测试掘进工作面和隧道开挖纵向的电磁场变化，根据岩体辐射的红外线的能量变化，可以判段前方岩体是否隐伏含水构造体、有无可能发生突涌水。在红外探测中，在掌子面上，可以在上、中、下及左、中、右六条测线的9个交点处测取9个数据，根据这9个数据之间的最大差值来判断前方岩体是否含水。每5m或3m测取一组数据，共测取50m或30m的距离，并绘制相应的红外辐射曲线。

在步骤S20中，采用TSP地震波探测仪进行探测。然后，在步骤S21中，对探测结果进行判断。如果在步骤S21中探测出前方岩体含溶洞(即，判断为异常)，则在步骤S22中采取相应措施处理前方岩体中存在的溶洞，如果在步骤S21中未探测出前方岩体含溶洞(即判断为正常)，则执行步骤S30。

TSP地震波探测仪利用地震波的反射回波进行探测。地震波震源可以采用小药量炸药的爆炸来产生。地震波在岩石中以球面波形式传播，当地震波遇到弹性波阻抗差异界面(例如断层、岩体破碎带、或岩溶发育带等)时，一部分地震波反射回来，一部分地震波则透射进入前方岩体继续传播。反射的地震波被高灵敏度的地震检波器接收。通过测量反射回波的时间、波形和强度，可以达到预报隧道掌子面前方地质条件的目的。在本发明中，使用TSP24超前地质预报系统进行TSP探测。在用TSP地震波探测仪进行探测时，可以每隔100m～150m对掌子面前方的地质状况进行一次探测。

在步骤S30中，采用地质雷达进行探测。然后，在步骤S31中，对探测结果进行判断。如果在步骤S31中探测出前方岩体含溶洞(即，判断为异常)，则在步骤S32中采取相应措施处理前方岩体中存在的溶洞，如果在步骤S31中未探测出前方岩体含溶洞(即判断为正常)，则执行步骤S40。

在采用地质雷达进行探测时，开挖中导洞，并以该中导洞为核心使地质雷达呈辐射状布置。这样可以有效地探测中导洞掌子面前方以及隧道正洞内的溶洞、岩溶水及裂隙等地质构造。可以每隔30m对掌子面前方的地质状况进行一次地质雷达探测。

在步骤S40中，采用水平钻孔进行探测。然后，在步骤S41对探测结果进行判断。如果在步骤S41中探测出前方岩体含溶洞(即，判断为异常)，则在步骤S42中采取相应措施处理前方岩体中存在的溶洞，如果在步骤S41中未探测出前方岩体含溶洞(即，判断为正常)，则在步骤S50中判断为不存在溶洞地质灾害体，可以进行正常施工。

当前述的三级探测依然无法确定是否有不良地质体时，尤其是对于地下水及水压情况无法确定时，则必须开挖超前水平地质钻孔对前方岩体进行钻探。水平钻孔设备可以为水平钻机或潜孔钻机，例如可以为WEP100型潜孔钻机或者MKD-5型潜孔钻机。采用水平钻孔进行探测时，可以对开挖前方30～50m的距离进行钻探。

以上结合图1描述了本发明所述的岩溶地区隧道施工中的地质预报方法的一个实施例。然而本发明不限于此。事实上，在进行上述步骤S10-S40之前，还可以通过下述步骤对待预报岩体的危险度进行预判，根据预判结果，可以决定是否对前方岩体进行重点探测。

具体说，在步骤S10之前，可以采用岩土工程软件，根据前方岩体的物理力学属性、隧道及岩体的几何参数，计算隧道的拱顶沉降值、净空收敛值、地表沉降值和拱底隆起值，如果计算出的这些值超出其相应的安全阈值，则依次执行步骤S10至S40，如果计算出的这些值未超出安全阈值，则执行步骤S10至S40中的至少一个步骤，通常，可以只执行步骤S10-S40中的一个或两个步骤。

所述岩土工程软件可以为MidasGTS软件，所述岩体的物理力学属性可以包括重度、泊松比、弹性模量、内摩擦角、粘聚力等参数。所述安全阈值可以参考《铁路隧道监控量测技术规程》TB10121-2007、《公路隧道设计规范》JTGD70-2004、《公路隧道施工技术规范》JTJF60-2009等相关行业规范中所规定的拱顶沉降值、净空收敛值、地表沉降值和拱底隆起值来确定。

借鉴一般隧道施工模拟过程的力学分析思路，将其应用于岩溶地区隧道施工过程中的溶洞分析，可以很好地对前方岩体的危险度进行预判。对于预判为较危险的前方岩体，可以实施重点探测，而对于预判为不危险的前方岩体，则只进行一般的探测即可，从而可以节省预报费用，提高施工效率。实践证明，通过本发明提供的上述步骤可以对岩溶地区岩体的危险度进行有效的预判，从而可以大大地提高预报速度和预报效率。

本发明的有益效果是：以溶洞等地质灾害体为对象，将精细化综合超前地质预报贯穿于岩溶地区隧道施工的全过程。利用数值计算分析预判岩溶地区隧道施工前方岩体中的溶洞风险，从而使得超前地质预报工作能够有的放矢、重点突出、消除地质预报的盲目性、并提高预报准确率和效率，降低预报成本。所选用多种单项预报方法之间的相互关系明确且设计合理、各种单项预报方法的探测结果互为补充，各步骤间的衔接及顺序安排合理。实际进行探测时，分为四级预报，第一级采用红外探测进行预报，第二级运用TSP地震波探测仪进行预报，第三级采用地质雷达进行预报，第四级采用地质钻机打设超前探孔或者采用超前导坑法进行预报。本发明提供的方法是岩溶地区勘察方法的深化，弥补了当前岩溶地区地勘成果综合分析不足的缺陷。

本领域技术人员应当理解，对于上述本发明所提出的岩溶地区隧道施工中的地质预报方法，还可以在不脱离本发明内容的基础上做出各种改进和组合。因此，本发明的保护范围应当由所附的权利要求书的内容确定。

Claims (6)

1.一种岩溶地区隧道施工中的地质预报方法，对于每一循环的隧道掘进，该方法包括如下步骤：

1)进行红外探测，绘制相应的红外辐射曲线，根据该曲线的趋势判断前方岩体是否含岩溶水，如果判断出前方岩体含岩溶水，则采取相应措施处理前方岩体中存在的含水溶洞，如果未判断出前方岩体含岩溶水，则执行步骤2)；

2)采用TSP地震波探测仪进行探测，如果探测出前方岩体含溶洞，则采取相应措施处理前方岩体中存在的溶洞，如果未探测出前方岩体含溶洞，则执行步骤3)；

3)采用地质雷达进行探测，如果探测出前方岩体含溶洞，则采取相应措施处理前方岩体中存在的溶洞，如果未探测出前方岩体含溶洞，则执行步骤4)；

4)采用水平钻孔进行探测，如果探测出前方岩体含溶洞，则采取相应措施处理前方岩体中存在的溶洞，如果未探测出前方岩体含溶洞，则判断为不存在溶洞地质灾害体。

2.如权利要求1所述的岩溶地区隧道施工中的地质预报方法，在步骤1)之前还包括：

采用岩土工程软件，根据前方岩体的物理力学属性、隧道及岩体的几何参数，计算隧道的拱顶沉降值、净空收敛值、地表沉降值及拱底隆起值，如果计算出的这些值超出其相应的安全阈值，则依次执行步骤1)至4)，如果计算出的这些值未超出安全阈值，则执行步骤1)至4)中的至少一个步骤。

3.如权利要求2所述的岩溶地区隧道施工中的地质预报方法，其中，

所述岩土工程软件为MidasGTS软件，所述岩体的物理力学属性包括重度、泊松比、弹性模量、内摩擦角、粘聚力。

4.如权利要求1所述的岩溶地区隧道施工中的地质预报方法，其中，采用TSP地震波探测仪进行探测时，每隔100m～150m对掌子面前方的地质状况进行一次探测。

5.如权利要求1所述的岩溶地区隧道施工中的地质预报方法，其中，采用地质雷达进行探测时，开挖中导洞，以该中导洞为核心使地质雷达呈辐射状布置。

6.如权利要求1所述的岩溶地区隧道施工中的地质预报方法，其中，采用水平钻孔进行探测时，对开挖前方30～50m的距离进行钻探。