CN110487443A - 一种高地温状态下隧道开挖检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高地温状态下隧道开挖检测方法，解决了现有技术中对地温判别检测方面缺少确定的检测方法的问题。检测方法包括测量洞内岩温、洞内环境、围岩地温、洞外环境、和/或洞内水温；其中，所述测量洞内岩温的具体方法为：在距开挖面50m的边墙上，且距离隧道底板1.0～1.2m高的围岩处钻孔，用风钻进行钻孔，采用高压风吹孔，向上倾斜5°～10°钻孔，钻孔深度≥3m，孔径≥42mm，钻后孔口封闭，待钻孔平衡1.5～2.5小时，将测温仪表探头置入孔底，当温度计的输出值稳定后读数，测温探头的最终温度读数即为其所在测定地点的原岩温度。

Description

一种高地温状态下隧道开挖检测方法

【技术领域】

本发明属于隧道技术领域，具体涉及一种高地温状态下隧道开挖检测方法。

【背景技术】

近年来各国在修建深埋长大隧道时都不同程度地出现了地热危害，国内外部分深埋长隧道的地温值及穿越的主要地层岩性(见表1)。从表中可以看出，大部分深埋长隧道都修建在比较坚硬的岩石中，如灰岩、泥质灰岩、砂岩、砂岩夹页岩、花岗岩、片麻岩、混合岩、石英岩、板岩等。由于地热梯度的存在，对于各类坚硬、致密岩石，由于热导率较低，传热性能差，在岩体中易于聚集热能，因此随着隧道工程埋深的增加，地温一般也逐渐增加。各地热隧道在施工过程中都遇到了不同程度的危害，地温超过38℃后，人员、机械设备在洞内基本无法工作，因此采用了相应的降温措施才确保了隧道的施工，但也付出了巨额资金。

地热病害作为地下工程的一大难题对隧道工程的不利影响主要表现在：

(1)恶化施工作业环境，降低劳动生产率，并严重威胁到施工人员的健康和安全；

(2)影响到施工及建筑材料的选取，如耐高温炸药、止水带、排水盲管及防水板等；

(3)产生的附加温度应力还可能引起衬砌开裂，对衬砌结构的安全及耐久性不利；

(4)洞室内的高温高湿将导致机械设备的工作条件恶化、效率降低、故障增多。

(5)由于洞内施工用水或围岩裂隙出水，地热使水温升高、蒸发量增大，造成隧道内湿度增大，对人身健康造成影响、降低机械工作效率。

目前，国内高地温隧道开挖施工中的制冷措施多种多样，但是作为高地温判别及分级的检测方面却没有一个确定的方法，对不同制冷措施的选用产生了极大的困扰。

【发明内容】

本发明的目的是提供一种高地温状态下隧道开挖检测方法，以解决现有技术中对地温判别检测方面缺少确定的检测方法的问题。

本发明采用以下技术方案：一种高地温状态下隧道开挖检测方法，包括测量洞内岩温、洞内环境、围岩地温、洞外环境、和/或洞内水温；

其中，所述测量洞内岩温的具体方法为：在距开挖面50m的边墙上，且距离隧道底板1.0～1.2m高的围岩处钻孔，用风钻进行钻孔，采用高压风吹孔，向上倾斜5°～10°钻孔，钻孔深度≥3m，孔径≥42mm，钻后孔口封闭，待钻孔平衡 1.5～2.5小时，将测温仪表探头置入孔底，当温度计的输出值稳定后读数，测温探头的最终温度读数即为其所在测定地点的原岩温度。

进一步的，测量洞内环境温度的具体方法为：

在距离掌子面100m范围内，设置5个环境温度测试断面，测试间距为20m， 7天测试一次；

在距离掌子面100～200m范围内，设置2个环境温度测试断面，测试间距为 50m，7天测试一次；

在距离掌子面200～500m范围内，设置3个环境温度测试断面，测试间距为 100m，7天测试一次；

在距离掌子面500m以上，测试间距为500m，15天测试一次。

进一步的，测量围岩温度的具体方法为：

正洞和平导各随机选择8个对应断面；

在每个测试断面上布置六个深度为15m的测温孔，所述测温孔的具体分布为：在拱顶布置一个，在拱腰布置二个，在边墙布置二个，在仰拱或底板布置一个；

每个测温孔内设置12个地温测试原件，每个所述测温孔内埋入电缆，每根电缆按一定间聚集成了12个地温测试原件，待测定元件插入后经过24小时以上，方能进行岩温测试。

进一步的，地温测温元件采用热敏电阻，所述热敏电阻固定在系统锚杆上；所述地温测试元件与岩体密接。

进一步的，测量洞外环境温度的具体方法为：在洞外安装气象站，测试频率采用国际通行气象测定的时间约定，以格林尼治零点为标准点，将一天24小时分为4个等分区间各测试一次，收集气象资料，分析总结当月气象参数，得出当月气象参数平均值。

进一步的，测量洞内水温的具体方法为：对采用超前钻孔的段落，若钻孔中发现地下水则需进行水温测试；对于已开挖的地段，若初期支护表面存在大面积漫流渗水，则需漫流水进行温度测试。

本发明的有益效果是：为了较为准确地判定高地温隧道类别及等级，提出研究一种适合于高地温隧道开挖施工中的检测方法，可对出现高地温的隧道进行全面检测，为后续治理方案措施提供依据。

【附图说明】

图1为本发明的测量洞内岩温方法的钻孔施工示意图。

其中，1.孔，2.围岩，3.隧道底板。

【具体实施方式】

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本研究提出一种高地温状态下隧道开挖检测方法，可对出现高地温的隧道进行全面检测，为后续治理方案措施提供依据。该检测方法有：测量洞内岩温；洞内环境：包括干球温度、湿球温度、黑球温度、WBGT指数、风速、气压、湿度；围岩地温；洞外环境：包括干球温度、湿度、气压、风速；和/或洞内水温。

按照不同的检测项目，介绍检测方法如下：

(1)洞内岩温量测

岩温测定采用隧道边墙浅孔测温法进行岩温测量。测温仪器采用热敏电阻传感器测进行测试岩温。

1)岩温测试孔布置在距开挖面50m的边墙距离隧道底板1.0～1.2m高的围岩较完整、干燥岩体处钻孔。用风钻进行钻孔，采用高压风吹孔，不得用水冲洗钻孔，钻孔一般要求向上倾斜5°～10°，现场可根据具体情况调整；

2)钻孔深度不小于3m，孔径不小于42mm，钻后孔口封闭，待钻孔平衡2小时左右时间，将测温仪表探头送到孔底，温度计输出值稳定后读数，测温探头的终温就是测定地点的原岩温度。

如图1所示，在距开挖面50m的边墙上，且距离隧道底板3为1.0～1.2m高的围岩2处钻孔，用风钻进行钻孔，采用高压风吹孔4，向上倾斜5°～10°钻孔，孔4的深度≥3m，孔径≥42mm，钻后孔口要封闭，待钻孔平衡1.5～2.5小时，将测温仪表探头置入孔底，当温度计的输出值稳定后读数，测温探头的最终温度读数即为其所在测定地点的原岩温度。

(2)洞内环境量测

洞内环境温度量测主要包括新风温度、环境温度、湿球温度、黑球温度、 WBGT指数、环境湿度、大气压力及风速等。环境温度测试点主要为出风筒出口及掌子面附近，掌子面100m范围内测试间距为20m，共5个测试断面；100～200m 范围内的测试间距为50m共2个测试断面；200～500m范围内的测试间距为100m，共3个测试断面；500m以上测试间距为500m；掌子面100m范围内分工序测试， 7天测试一次；100～500m范围内7天测试一次；500m以上15天测试一次。洞内环境温度受不同的工序影响较大，因此掌子面100m范围内洞内环境温度在各主要工序进行监测记录。其中，在距离掌子面500m以上，根据隧道开挖长度确定，如已经完成开挖长度为2300m，则分别于距离掌子面1000m、1500m和2000m 处设置监测断面。

(3)洞内围岩地温量测

根据施工地热段的实际情况，正洞和平导各选择8个对应断面进行现场围岩体温度场测试，此处为随机选取特征断面，例如断层破碎带、围岩破碎断面及其他具有显著特征的断面

在每个测试断面上布置六个深度为15m的测温孔，所述测温孔的具体分布为：在拱顶布置一个，在拱腰布置二个，在边墙布置二个，在仰拱或底板布置一个；

每个测温孔内设置12个地温测试原件，每个所述测温孔内埋入电缆，每根电缆按一定间聚集成了12个地温测试原件，待测定元件插入后经过24小时以上，方能进行岩温测试。

测温元件采用热敏电阻，为便于热敏电阻的埋设可以将热敏电阻固定在系统锚杆上。电阻值采用数字式万用表测试，测试热敏电阻的精度为0.1Ω。

地温测试元件要求与岩体密接，待测定元件插入后经过24小时以上，方能进行岩温测试。

地温测试同时要测量测温断面风流温度、大气压力、湿度以及风量等参数。

测试频率：隧道施工期间每10天观测一次。

(4)洞外环境监测

当洞内环境温度不高于30℃时，采用通风降温，通风进风采用的洞外新鲜空气，因此洞外空气温度对洞门降温影响较大，在洞外安装气象站，测试频率采用国际通行气象测定的时间约定，以格林尼治零点为标准点(对应于北京时间8： 00)，将一天24小时分为4个等分区间，拟北京时间每天早晨8：00、中午14： 00、晚间20：00各测试一次，必要时可加测子夜2：00的数据。通过收集气象资料，分析总结当月气象参数，得出当月气象参数平均值，并进行现场签认。

(5)洞内水温量测

地下水温的测试分为超前地下水温探测和已开挖面地下水温测试。对于超前水温探测应结合超前地质预报预测，对采用超前钻孔的段落，若钻孔中发现地下水则需进行水温测试；对于已开挖的地段，若初期支护表面存在大面积漫流渗水，则需漫流水进行温度测试。

实施例

按照表1所示的测试项目、要求及所需仪器配置进行实验。

表1高地温监测测试内容统计表

通过采用以上方法和设备对高地温状态下隧道开挖进行检测，我们可以为高地温隧道施工分级提供依据；为精确计算高地温隧道施工热负荷提供依据；为高地温隧道采取“因稳制宜”的制冷降温措施提供依据，达到了增效、节能的目的。

本发明的一种高地温状态下隧道开挖检测方法具备以下优点：

1、全方位的检测；该检测方法对洞外环境，洞内环境、洞内围岩及支护、洞内出露水进行全面的检测，为后续治理方案措施提供了必要的支撑依据。

2、全影响因素覆盖；该检测方法对不同检测断面采取了具有针对性的影响因素检测，其中包括：干球温度、湿球温度、湿度、风速、黑球温度、岩温、水温、大气压力。

3、及时性：该检测方法根据不同的检测类型提出了相应的检测频率，为及时发现高地温和采取相应措施提供数据支持。

4、针对性：该检测方法根据不同的检测类型提出了相应的检测位置，为反应高地温隧道数据的可靠性提供了保障。

5、适用性：该检测方法根据不同的检测类别提出了相应的检测仪器，为更好的推广使用提供了便利。

Claims (6)

1.一种高地温状态下隧道开挖检测方法，其特征在于，包括测量洞内岩温、洞内环境、围岩地温、洞外环境、和/或洞内水温；

其中，所述测量洞内岩温的具体方法为：在距开挖面50m的边墙上，且距离隧道底板1.0～1.2m高的围岩处钻孔，用风钻进行钻孔，采用高压风吹孔，向上倾斜5°～10°钻孔，钻孔深度≥3m，孔径≥42mm，钻后孔口封闭，待钻孔平衡1.5～2.5小时，将测温仪表探头置入孔底，当温度计的输出值稳定后读数，测温探头的最终温度读数即为其所在测定地点的原岩温度。

2.如权利要求1所述的测量方法，其特征在于，所述测量洞内环境温度的具体方法为：

在距离掌子面100m范围内，设置5个环境温度测试断面，测试间距为20m，7天测试一次；

在距离掌子面100～200m范围内，设置2个环境温度测试断面，测试间距为50m，7天测试一次；

在距离掌子面200～500m范围内，设置3个环境温度测试断面，测试间距为100m，7天测试一次；

在距离掌子面500m以上，测试间距为500m，15天测试一次。

3.如权利要求2所述的测量方法，其特征在于，所述测量围岩温度的具体方法为：

正洞和平导各随机选择8个对应断面；

在每个测试断面上布置六个深度为15m的测温孔，所述测温孔的具体分布为：在拱顶布置一个，在拱腰布置二个，在边墙布置二个，在仰拱或底板布置一个；

每个测温孔内设置12个地温测试原件，每个所述测温孔内埋入电缆，每根电缆按一定间聚集成了12个地温测试原件，待测定元件插入后经过24小时以上，方能进行岩温测试。

4.如权利要求3所述的测量方法，其特征在于，所述地温测温元件采用热敏电阻，所述热敏电阻固定在系统锚杆上；所述地温测试元件与岩体密接。

5.如权利要求1或2所述的测量方法，其特征在于，所述测量洞外环境温度的具体方法为：在洞外安装气象站，测试频率采用国际通行气象测定的时间约定，以格林尼治零点为标准点，将一天24小时分为4个等分区间各测试一次，收集气象资料，分析总结当月气象参数，得出当月气象参数平均值。

6.如权利要求1或2所述的测量方法，其特征在于，所述测量洞内水温的具体方法为：对采用超前钻孔的段落，若钻孔中发现地下水则需进行水温测试；对于已开挖的地段，若初期支护表面存在大面积漫流渗水，则需漫流水进行温度测试。