CN111236927B - 运用同位素示踪岩体导水通道的超前动态预报方法 - Google Patents

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Abstract

本公开提供了一种运用同位素示踪岩体导水通道的超前动态预报方法，隧道掘进前方施行先导钻孔形成测井，测井内设置滤管；将放射性同位素示踪剂投入滤管内，利用渗流原理水流进行渗透，测量水的流速和流量；在水流前方钻射检验测井，通过对检验测井中同位素浓度的测定及水量的记录，反推出导水通道的分布情况，通过流入测井中水的同位素浓度的变化确定该导水通道水的供给关系。

Description

运用同位素示踪岩体导水通道的超前动态预报方法
技术领域
本公开属于隧道建设领域，涉及一种运用同位素示踪岩体导水通道的超前动态预报方法。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
同位素示踪，自然界中组成每种元素的稳定核素和放射性核素大体具有相同的物理性质和化学性质。因此，可利用放射性核素或经富集的稀有稳定核素来示踪研究对象的客观状态及变化过程。通过放射性测量方法，可观察由放射性核素标记的物质的分布和变化情况，对经富集的稀有稳定核素可用质谱法直接测定，亦可用中子法加以测定。
据发明人了解,目前在物探领域常用来探水，断层，导水通道的方法有：陆地声纳法、瞬变电磁法、复合式激发极化法，物探领域并不能完全准确地识别出地质异常体，同时反演多解性极大的限制了数据的准确性，同时数据的解释受到观测人员经验的影响，并不能完全识别出导水通道的存在，和导水通道的分布范围，也不能估算出实际水量。
发明内容
本公开为了解决上述问题，提出了一种运用同位素示踪岩体导水通道的超前动态预报方法，本公开利用同位素投入被测井中，通过水头作用，同位素随井水进入到导水通道或者孔隙中，通过测向被测井中同位素的浓度，即可知道导水通道的流向，通过对动态水流浓度的检测，建立模型，计算浓度变化即可反推出流速，利用公式可以计算出水量，为隧道施工做好先验性的超前预报工作。
根据一些实施例，本公开采用如下技术方案：
一种运用同位素示踪岩体导水通道的超前动态预报方法，包括以下步骤：
隧道掘进前方施行先导钻孔形成测井，测井内设置滤管；
将放射性同位素示踪剂投入滤管内，利用渗流原理水流进行渗透，测量水的流速和流量；
在水流前方钻射检验测井，通过对检验测井中同位素浓度的测定及水量的记录，反推出导水通道的分布情况，通过流入测井中水的同位素浓度的变化确定该导水通道水的供给关系。
作为可选择的实施方式，所述滤管为双层滤管，内层的滤管外部缠绕有过滤网，两层滤管之间填充有滤料。
作为可选择的实施方式，所述检验测井内埋设有下部密封、管壁设置有孔的滤管。
作为可选择的实施方式，所述测井作为负压抽水孔，将导水通道中的水抽出，堵塞源头后，利用该注浆孔进行注浆加固。
作为可选择的实施方式，根据检验测井中滤管的同位素浓度的变化情况确定导水通道水的供给关系和导水通道的大致宽度及倾角。
作为进一步的限定，渗流速度求解公式为Vf＝π(r1 2-r0 2)/2r1 at ln N0/N1，其中，r1为钻孔半径，r0为探头半径，t为两次测量时间间隔，a为流场奇变系数，N0为t＝0时的计数率，N1为t＝1时的计数率。
作为进一步的限定，流向测定方式为通过同位素在被测井中根据水平流动，其浓度分布呈现不均匀性，地下水流方向浓度最高，补给方向浓度最低，进而确定单控水平流向。
作为进一步的限定，导水通道流向的倾角根据两管之间输送水流的高程差与两管水平距离的夹角为判定标准。
作为进一步的限定，根据S＝VT，其中，S为距离，V为速度，T为时间，计算出导水通道水在导水通道中实际流动的距离。
与现有技术相比，本公开的有益效果为：
(1)本公开相比于以往物探手段的未知探测性，同位素示踪具有更好的可视性，能够准确的找到导水通道的位置，同时利用测量仪器可以确定导水通道中水流动的方向和速度。通过测定浓度的变化，可以确定地下水流的供给关系，以及导水通道的流水量。
(2)该方法中测井可同时作为同位素注入孔，同位素浓度接收孔，抽水孔和注浆孔，一举多得。
(3)该方法对于实际隧道掘进中寻找导水通道发育，岩溶发育提供了强有效的实践证明，为隧道的安全施工提供了先验性的保障。
附图说明
构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。
图1是本公开实施例的一种运用同位素示踪导水通道的动态超前预报方法原理示意图。
图2是本公开实施例的一种运用同位素示踪导水通道的动态超前预报方法流程图。
具体实施方式：
下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
如图1所示，本实施例的一种运用同位素示踪导水通道的动态超前预报方法原理包括：
利用同位素示踪测井，通过圆孔滤管向导水通道体中注入标记过的同位素，通过水头作用，标记的同位素将随着水的流动不断渗入导水通道中，在井中利用测量仪可以测出水的流动方向和流动速度，根据施工要求向水流前方钻射检验测井，通过对检验测井中同位素浓度的测定及水量的记录，可以推出导水通道中水的供给关系还有导水通道的大致宽度，通过出水面的高程，可以反算出导水通道的倾角。通过同位素示踪可获得一些导水通道参数，通过公式计算即可获得所需要的导水通道发育情况，用以指导隧道施工安全合理的进行。
渗流速度求解公式为Vf＝π(r1 2-r0 2)/2r1 at ln N0/N1，其中，r1为钻孔半径，r0为探头半径，t为两次测量时间间隔，a为流场奇变系数，N0为t＝0时的计数率，N1为t＝1时的计数率，其流向测定方式为通过同位素在被测井中根据水平流动，其浓度分布呈现不均匀性，地下水流方向浓度最高，补给方向浓度最低，可确定单控水平流向。
导水通道流向的倾角根据两管之间输送水流的高程差与两管水平距离的夹角为判定标准。
根据S＝VT，可以测出导水通道水在导水通道中实际流动的距离。
根据检验管中的水流量和同位素的浓度，达西渗透原理，可以测算出导水通道的宽度，以便指导实际工程需要。
如图2所示，本实施例的一种运用同位素示踪导水通道的动态超前预报方法，包括：
根据现场施工设计，从隧道前部施工上方利用钻机进行测井掘进。
向测井中埋设钢质圆孔滤管，在其内部插入管径小于它的外部缠绕过滤网的圆孔细管，其中间部分由粗砂滤料填充，保证含水层之间水流通畅。
向孔内注入含有同位素的水体，并通过测量仪器测取水体的流向和流速。
根据水流的流向和隧道施工提前性的要求，向前钻进检验测井。
在检验测井中埋设下部密封，管壁设置有小孔的滤管。
根据管中同位素浓度的变化情况确定导水通道水的供给关系和导水通道的大致宽度及倾角。
测井同时可以作为负压抽水孔，将导水通道中的水抽出，堵塞源头后，利用注浆孔进行注浆加固。
指导隧道掘进顺利安全的施工。
测井中埋设钢制圆孔滤管，在其内部插入管径小于它的外部缠绕过滤网的圆孔细管，其中间部分由粗砂滤料填充，保证含水层之间水流通畅，并且阻断底部含沙层的渗入。
在检验测井中埋设下部密封，管壁设置有小孔的滤管，用以接收导水通道中流过来的同位素水体，进行水体收集，数学定性和定量分析。
检验测距离测井的水平距离是根据工程实际的工作需要和需要超前预报需要的距离约束的。
同位素需要根据现场含水层的物性分布来限定实际运用的标记同位素。
检验测井同时可以作为负压抽水孔，将导水通道中的水抽出，堵塞源头后，利用注浆孔进行注浆加固。
上述方案以隧道施工法为优选方法，在实际施工中可运用于钻爆法、全断面施工等隧道施工的超前地质预报中。
该方法以导水通道为例，也可应用于含水断层、溶洞空腔的探测。
本领域内的技术人员应明白，本公开的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本公开可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本公开可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本公开是参照根据本公开实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。
上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。

Claims (9)

1.一种运用同位素示踪岩体导水通道的超前动态预报方法，其特征是：包括以下步骤：
隧道掘进前方施行先导钻孔形成测井，测井内设置滤管；
将放射性同位素示踪剂投入滤管内，利用渗流原理水流进行渗透，测量水的流速和流量；
在水流前方钻射检验测井，通过对检验测井中同位素浓度的测定及水量的记录，反推出导水通道的分布情况，通过流入测井中水的同位素浓度的变化确定该导水通道水的供给关系；根据检验测井中滤管的同位素浓度的变化情况确定导水通道水的供给关系和导水通道的大致宽度及倾角。
2.如权利要求1所述的一种运用同位素示踪岩体导水通道的超前动态预报方法，其特征是：所述滤管为双层滤管，内层的滤管外部缠绕有过滤网，两层滤管之间填充有滤料。
3.如权利要求1所述的一种运用同位素示踪岩体导水通道的超前动态预报方法，其特征是：所述检验测井内埋设有下部密封、管壁设置有孔的滤管。
4.如权利要求1所述的一种运用同位素示踪岩体导水通道的超前动态预报方法，其特征是：所述测井作为负压抽水孔，将导水通道中的水抽出，堵塞源头后，利用该测井进行注浆加固。
5.如权利要求1所述的一种运用同位素示踪岩体导水通道的超前动态预报方法，其特征是：渗流速度求解公式为Vf＝π(r1 2-r0 2)/2r1at ln N0/N1，其中，r1为钻孔半径，r0为探头半径，t为两次测量时间间隔，a为流场奇变系数，N0为t＝0时的计数率，N1为t＝1时的计数率。
6.如权利要求1所述的一种运用同位素示踪岩体导水通道的超前动态预报方法，其特征是：流向测定方式为通过同位素在被测井中根据水平流动，其浓度分布呈现不均匀性，地下水流方向浓度最高，补给方向浓度最低，进而确定单控水平流向。
7.如权利要求1所述的一种运用同位素示踪岩体导水通道的超前动态预报方法，其特征是：导水通道流向的倾角根据两管之间输送水流的高程差与两管水平距离的夹角为判定标准。
8.如权利要求1所述的一种运用同位素示踪岩体导水通道的超前动态预报方法，其特征是：根据S＝VT，其中，S为距离，V为速度，T为时间，计算出导水通道水在导水通道中实际流动的距离。
9.如权利要求1所述的一种运用同位素示踪岩体导水通道的超前动态预报方法，其特征是：根据检验管中的水流量和同位素的浓度，达西渗透原理，计算出导水通道的宽度。
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