CN112177617A - 高压富水断层隧道施工超前地质预报预测方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高压富水断层隧道施工超前地质预报预测方法及系统，该方法通过采用工程地质调查法进行远距离超前地质探测，以形成第一探测结果；采用地质雷达进行近距离地质探测，以形成第二探测结果；将第一探测结果与第二探测结果对比，并将第一探测结果和第二探测结果同步形成第三探测结果；根据第三探测结果结合水文地质条件预测富水断层水流动态变化；根据富水断层水流动态变化模拟隧道掌子面处地质及水流变化，以生成地质预测报告。本发明的高压富水断层隧道施工方法及系统能够有效进行地质预测，以方便施工单位做出有效应对，以达到积极预测富水断层隧道施工安全风险并避免的目的。

Description

高压富水断层隧道施工超前地质预报预测方法及系统

技术领域

本发明涉及隧道施工技术领域，特别涉及一种高压富水断层隧道施工超前地质预报预测方法及系统。

背景技术

在隧道施工过程中，地下水对工程有巨大影响，施工现场大多采用注浆加固岩体、或混凝土回填等方法对地下水进行阻断，保证作业安全。尤其是位于断层地质条件内的隧道，断层是地壳受力发生断裂，沿断裂面两侧岩块发生的显著相对位移的构造。断层规模大小不等，大者可沿走向延伸数百千米，常由许多断层组成，可称为断裂带，断破坏了岩层的连续性和完整性，地质构造复杂，新构造运动强烈，且经历了多次构造变形，褶皱、断裂发育，且存在高压富水区，当隧道在断层带施工中需要穿越高压富水区时，极其容易发生突水风险，在隧道开挖掘进施工过程中，一旦出现突水不能自流排水，容易造成发生大规模突水涌泥事故，导致涌水冲毁隧道支护，填埋施工机械，施工人员被冲击、淤埋而受重伤等风险，因此施工风险极大，目前施工地质预测不够准确，特别是针对这种高压富水断层地质条件复杂且施工难度大的隧道施工来说，很难满足施工需求，在施工过程中不可避免地会出现突涌水的情况，造成经济损失，甚至人员损伤。

发明内容

本发明的主要目的是提出一种高压富水断层隧道施工超前地质预报预测方法及系统，旨在解决现有技术中的地质预测方法不能准确的对高压富水断层隧道施工风险进行预测等的问题。

为实现上述目的，本发明提出一种高压富水断层隧道施工超前地质预报预测方法，该方法包括步骤：

采用工程地质调查法进行远距离超前地质探测，以形成第一探测结果；

采用地质雷达进行近距离地质探测，以形成第二探测结果；

将第一探测结果与第二探测结果对比，并将第一探测结果和第二探测结果同步形成第三探测结果；

根据第三探测结果结合水文地质条件预测富水断层水流动态变化；

根据富水断层水流动态变化模拟隧道掌子面处地质及水流变化，以生成地质预测报告。

优选地，所述根据富水断层水流动态变化模拟隧道掌子面处地质及水流变化，以生成地质预测报告的步骤之后还包括：

根据地质预测报告进行注浆施工；

通过地质雷达跟踪探测注浆施工过程中隧道掌子面的地质及水流变化；

根据隧道掌子面的地质及水流变化在对所述地质预测报告进行优化，以形成动态地质预测报告；

根据动态地质预测报告进行动态注浆施工。

优选地，所述根据隧道掌子面的地质及水流变化在对所述地质预测报告进行优化，以形成动态地质预测报告的步骤之后还包括：

判断所述动态预测报告中是否存在安全风险；

若有，则根据所述动态地质预测报告生成预警信息；

把预警信息发送至施工人员，以通知施工人员及时撤离。

优选地，所述把预警信息发送至施工人员，以通知施工人员及时撤离的步骤包括：

监控并定位施工人员的位置，并实时生成施工人员位置信息；

根据施工人员位置信息判断施工人员位置是否处于危险范围；

若是，将预警信息发送至处于危险范围内的施工人员，以通知处于危险范围内的施工人员及时撤离。

优选地，所述通过地质雷达跟踪探测注浆施工过程中隧道掌子面的地质及水流变化的步骤包括：

采用地质雷达探测注浆施工过程中隧道掌子面附近的水流压力变化；

将水流压力变化与注浆施工参数结合形成水流动态报告，从水流动态报告内获得隧道掌子面处的涌水量。

优选地，所述采用工程地质调查法进行超前地质探测，以形成第一探测结果的步骤包括：

获取施工区域的地质资料，并根据所述地质资料形成所述施工区域的地质模型；

采用工程地质调查法进行超前地质探测，并根据超前地质探测数据形成超前探测地质模型；

将所述施工区域的地质模型与所述超前地质模型对比结合，以形成所述第一探测结果。

优选地，所述采用地质雷达进行近距离地质探测，以形成第二探测结果的步骤包括：

在隧道掌子面处设置地质雷达；

采用地质雷达探测隧道掌子面附近的水流涌动信息，以形成第二探测结果。

优选地，所述根据富水断层水流动态变化模拟隧道掌子面处地质及水流变化，以生成地质预测报告的步骤包括：

获取隧道掌子面编录资料；

将富水断层水流动态变化与隧道掌子面编录资料结合，模拟隧道掌子面地质及水流变化，以生成所述地质预测报告。

本发明还提出一种高压富水断层隧道施工超前地质预报预测系统，所述高压富水断层隧道施工超前地质预报预测系统用于实现如上所述的高压富水断层隧道施工超前地质预报预测方法，所述高压富水断层隧道施工超前地质预报预测系统包括：

地质调查探测模块，所述地质调查探测模块用于进行远距离超前地质探测并形成第一探测结果；

地质雷达探测模块，所述地质雷达探测模块用于进行近距离地质探测并形成第二探测结果；

地质预测模块，所述地质预测模块用于将第一探测结果和第二探测结果对比并同步形成第三探测结果；并根据第三探测结果结合水文地质条件预测富水断层水流动态变化，以模拟隧道掌子面处地质及水流变化，生成地质预测报告。

优选地，所述高压富水断层隧道施工超前地质预报预测系统还包括：

注浆模块，所述注浆模块用于根据所述地质预测报告进行隧道注浆施工；

预警模块，所述预警模块用于接收所述地质预测报告并发送预警信息；

监控模块，所述定位模块用于监控并定位判断施工人员的具体位置。

本发明的高压富水断层隧道施工超前地质预报预测方法中，首先进行远距离超前地质调查，以形成第一探测结果，以对地质情况进行初步掌握，再通过地质雷达近距离探测，以形成第二探测结果，将第一探测结果和第二探测结果同步结合，将掌子面附近的地质情况完善，再将第三探测结果结合水文地质条件等预测富水断层的水流动态变化，以针对流水动态变化做出合理应对，最后结合富水断层的水流动态变化和隧道掌子面施工的推进路线，对掌子面附近的水流动态变化进行模拟，以形成地质预测报告，做出有效应对，以达到积极预测富水断层隧道施工安全风险并避免的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明高压富水断层隧道施工超前地质预报预测方法第一实施例的流程示意图；

图2为本发明高压富水断层隧道施工超前地质预报预测方法第二实施例的流程示意图；

图3为本发明高压富水断层隧道施工超前地质预报预测方法第三实施例的流程示意图；

图4为本发明高压富水断层隧道施工超前地质预报预测方法第四实施例的流程示意图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明提出一种高压富水断层隧道施工超前地质预报预测方法，

参照图1，为本发明高压富水断层隧道施工超前地质预报预测方法第一实施例的流程示意图，该方法包括步骤：

步骤S100，采用工程地质调查法进行远距离超前地质探测，以形成第一探测结果；

通过普通工程地质调查法进行远距离超前探测，以得到隧道掌子面前方远距离的地质情况，即第一探测结果，地质情况包括岩体、地层以及水文等情况，对隧道掌子面施工的推进形成初步掌握。

步骤S200，采用地质雷达进行近距离地质探测，以形成第二探测结果；

通过地质雷达对掌子面附近进行近距离探测，得到掌子面附近的地质情况，即第二探测结果，为掌子面施工的推进形成进一步掌握。

步骤S300，将第一探测结果与第二探测结果对比，并将第一探测结果和第二探测结果同步形成第三探测结果；

对比第一探测结果和第二探测结果，将远距离超前探测得到的地质情况与近距离地质探测得到的地质情况同步结合，细化掌子面附近的施工情形，以有效掌握掌子面的施工风险。

步骤S400，根据第三探测结果结合水文地质条件预测富水断层水流动态变化；

由于富水断层含水较多，且水流的流动性较大，在施工过程中，水流形态会发生变化，因此需要细致了解水文地质条件，并结合探测到的地质调节，对富水断层的水流动态变化进行预测，以了解施工过程中富水断层的水流动态变化，以针对水流动态变化做出合理应对措施。

步骤S500，根据富水断层水流动态变化模拟隧道掌子面处地质及水流变化，以生成地质预测报告。

为确保隧道掌子面的推进施工安全，将富水断层的水流动态变化，与掌子面施工的推进路线相结合，对掌子面附近的水流动态变化进行模拟，得出地质预测报告，以达到积极预测安全风险并避免的目的。

本实施例的高压富水断层隧道施工超前地质预报预测方法中，首先进行远距离超前地质调查，以形成第一探测结果，以对地质情况进行初步掌握，再通过地质雷达近距离探测，以形成第二探测结果，将第一探测结果和第二探测结果同步结合，将掌子面附近的地质情况完善，再将第三探测结果结合水文地质条件等预测富水断层的水流动态变化，以针对流水动态变化做出合理应对，最后结合富水断层的水流动态变化和隧道掌子面施工的推进路线，对掌子面附近的水流动态变化进行模拟，以形成地质预测报告，做出有效应对，以达到积极预测富水断层隧道施工安全风险并避免的目的。

进一步地，参照图2，为本发明高压富水断层隧道施工超前地质预报预测方法第二实施例的流程示意图，基于上述第一实施例，步骤S500之后还包括：

步骤S600，根据地质预测报告进行注浆施工；

步骤S700，通过地质雷达跟踪探测注浆施工过程中隧道掌子面的地质及水流变化；

步骤S800，根据隧道掌子面的地质及水流变化在对所述地质预测报告进行优化，以形成动态地质预测报告；

步骤S900，根据动态地质预测报告进行动态注浆施工。

本实施例的高压富水断层隧道施工超前地质预报预测方法，在得到地质预测报告之后，根据地质预测报告进行初步的注浆施工，以将隧道支护加固，由于在隧道掘进过程和注浆施工过程中，会对地质环境和水流路径产生影响，使得地质条件产生变化，继续按照地质预测报告施工可能产生不能预计的安全风险，因此需要地质雷达跟踪探测施工过程中的地质环境以及水流路径变化，实时掌握地质环境和水流路径的变化，以优化地质预测报告，形成动态地质预测报告，再根据地质预测报告调整注浆施工过程，例如调整注浆的位置、注浆量以及注浆压力等，进行动态注浆施工，以保证注浆施工过程的安全性。

更进一步地，参照图3，为本发明高压富水断层隧道施工超前地质预报预测方法第三实施例的流程示意图，基于上述第二实施例，步骤S800之后还包括：

步骤S810，判断所述动态地质预测报告中是否存在安全风险；

步骤S820，若有，则根据所述动态预测报告生成预警信息；

步骤S830，把预警信息发送至施工人员，以通知施工人员及时撤离。

虽然根据动态地质预测报告进行动态注浆施工能够规避风险，保证施工过程的安全，但由于富水断层地质情况复杂多变，仍然存在一些即使预测到但无法规避的风险，因此根据地质动态预测报告判断是否存在不可规避的安全风险，如果存在不可规避的安全风险，则生成预警信息，及时发送给施工人员，以通知施工人员撤离，避免人员伤亡，同时做好必要防护工作，减小经济损失。

参照图4，为本发明高压富水断层隧道施工超前地质预报预测方法第四实施例的流程示意图，基于上述第三实施例，步骤S830包括：

S831，监控并定位施工人员的位置，并实时生成施工人员位置信息；

S832，根据施工人员位置信息判断施工人员位置是否处于危险范围；

S833，若是，将预警信息发送至处于危险范围内的施工人员，以通知处于危险范围内的施工人员及时撤离。

对施工人员进行统一管理，进行实时监控并定位施工人员的位置，根据施工人员的位置信息和动态地质预测报告判断施工人员是否处于危险范围，对于在危险范围内的施工人员及时发送预警信息进行通知，以保证处于危险范围的施工人员及时撤离，对于不再危险范围内的人员发送提醒信息，以提醒不再危险范围内的施工人员不要进入危险范围内。

基于上述第二实施例，步骤S700包括：

步骤S710，采用地质雷达探测注浆施工过程中隧道掌子面附近的水流压力变化；

步骤S720，将水流压力变化与注浆施工参数结合形成水流动态报告，从水流动态报告内获得隧道掌子面处的涌水量。

由于隧道掘进施工破坏了原有的地质结果，因此在注浆施工过程中，富水岩层中的水流会产生变化，通过地质雷达实时监测掌子面附近的水流变化，形成实时的水流动态报告，水流动态报告包括水流的速度和流量等，以得到隧道掌子面附近的涌水量，涌水量的多少基本代表了危险程度，当涌水量超过4000m3/h的情况时，及时做好防护措施，并通知人员撤离。

基于上述第一实施例，步骤S100包括：

步骤S110，获取施工区域的地质资料，并根据所述地质资料形成所述施工区域的地质模型；

步骤S120，采用工程地质调查法进行超前地质探测，并根据超前地质探测数据形成超前探测地质模型；

步骤S130，将所述施工区域的地质模型与所述超前地质模型对比结合，以形成所述第一探测结果。

根据施工区域的地质资料建立施工区域的初始地质模型，然后经过工程地质调查法进行实际超前地质探测建立超前地质探测模型，将施工区域地质模型与超前探测地质模型对比并同步结合，形成第一探测结果，第一探测结果虽然并不能准确反映隧道施工过程中的地质环境，但能够得到地质环境的基本模型，为后面进行精准地质预测提供了基础。

基于上述第一实施例，步骤S200包括：

步骤S210，在隧道掌子面处设置地质雷达；

步骤S220，采用地质雷达探测隧道掌子面附近的水流涌动信息，以形成第二探测结果。

地质雷达能够

地质雷达能够利用超高频电磁波探测地下介质分布，地质雷达通过发射天线发射中心频率为12.5M至1200M、脉冲宽度为0.1ns的脉冲电磁波讯号。根据示波器有无反射讯号，可以判断有无被测目标；根据反射讯号到达滞后时间及目标物体平均反射波速,可以大致计算出探测目标的距离。以此准确探测掌子面附近的地质情况。

基于上述第一实施例，步骤S500包括：

步骤S510获取隧道掌子面编录资料；

步骤S520将富水断层水流动态变化与隧道掌子面编录资料结合，模拟隧道掌子面地质及水流变化，以生成所述地质预测报告。

根据掌子面编录资料结合富水断层水流动态变化，得到初步的地质预测报告，初步预计富水断层水流的情况，以达到避灾、减在的目的。

本发明还提出一种高压富水断层隧道施工超前地质预报预测系统，高压富水断层隧道施工超前地质预报预测系统用于实现如上所述的高压富水断层隧道施工超前地质预报预测方法，所述高压富水断层隧道施工超前地质预报预测系统包括：地质调查探测模块、地质雷达探测模块以及地质预测模块，所述地质调查探测模块用于进行远距离超前地质探测并形成第一探测结果；所述地质雷达探测模块用于进行近距离地质探测并形成第二探测结果；所述地质预测模块用于将第一探测结果和第二探测结果对比并同步形成第三探测结果；并根据第三探测结果结合水文地质条件预测富水断层水流动态变化，以模拟隧道掌子面处地质及水流变化，生成地质预测报告。

具体地，本实施例的高压富水断层隧道施工超前地质预报预测方法中，首先进行远距离超前地质调查，以形成第一探测结果，以对地质情况进行初步掌握，再通过地质雷达近距离探测，以形成第二探测结果，将第一探测结果和第二探测结果同步结合，将掌子面附近的地质情况完善，再将第三探测结果结合水文地质条件等预测富水断层的水流动态变化，以针对流水动态变化做出合理应对，最后结合富水断层的水流动态变化和隧道掌子面施工的推进路线，对掌子面附近的水流动态变化进行模拟，以形成地质预测报告，做出有效应对，以达到积极预测富水断层隧道施工安全风险并避免的目的。

进一步地，所述高压富水断层隧道施工超前地质预报预测系统还包括：注浆模块、预警模块和监控模块，所述注浆模块用于根据所述地质预测报告进行隧道注浆施工；所述预警模块用于接收所述地质预测报告并发送预警信息；所述定位模块用于监控并定位判断施工人员的具体位置。

对施工人员进行统一管理，进行实时监控并定位施工人员的位置，根据施工人员的位置信息和动态地质预测报告判断施工人员是否处于危险范围，对于在危险范围内的施工人员及时发送预警信息进行通知，以保证处于危险范围的施工人员及时撤离，对于不再危险范围内的人员发送提醒信息，以提醒不再危险范围内的施工人员不要进入危险范围内。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种高压富水断层隧道施工超前地质预报预测方法，其特征在于，该方法包括步骤：

采用工程地质调查法进行远距离超前地质探测，以形成第一探测结果；

采用地质雷达进行近距离地质探测，以形成第二探测结果；

将第一探测结果与第二探测结果对比，并将第一探测结果和第二探测结果同步形成第三探测结果；

根据第三探测结果结合水文地质条件预测富水断层水流动态变化；

根据富水断层水流动态变化模拟隧道掌子面处地质及水流变化，以生成地质预测报告。

2.如权利要求1所述的高压富水断层隧道施工超前地质预报预测方法，其特征在于，所述根据富水断层水流动态变化模拟隧道掌子面处地质及水流变化，以生成地质预测报告的步骤之后还包括：

根据地质预测报告进行注浆施工；

通过地质雷达跟踪探测注浆施工过程中隧道掌子面的地质及水流变化；

根据隧道掌子面的地质及水流变化在对所述地质预测报告进行优化，以形成动态地质预测报告；

根据动态地质预测报告进行动态注浆施工。

3.如权利要求2所述的高压富水断层隧道施工超前地质预报预测方法，其特征在于，所述根据隧道掌子面的地质及水流变化在对所述地质预测报告进行优化，以形成动态地质预测报告的步骤之后还包括：

判断所述动态地质预测报告中是否存在安全风险；

若有，则根据所述动态预测报告生成预警信息；

把预警信息发送至施工人员，以通知施工人员及时撤离。

4.如权利要求3所述的高压富水断层隧道施工超前地质预报预测方法，其特征在于，所述把预警信息发送至施工人员，以通知施工人员及时撤离的步骤包括：

监控并定位施工人员的位置，并实时生成施工人员位置信息；

根据施工人员位置信息判断施工人员位置是否处于危险范围；

若是，将预警信息发送至处于危险范围内的施工人员，以通知处于危险范围内的施工人员及时撤离。

5.如权利要求2所述的高压富水断层隧道施工超前地质预报预测方法，其特征在于，所述通过地质雷达跟踪探测注浆施工过程中隧道掌子面的地质及水流变化的步骤包括：

采用地质雷达探测注浆施工过程中隧道掌子面附近的水流压力变化；

将水流压力变化与注浆施工参数结合形成水流动态报告，从水流动态报告内获得隧道掌子面处的涌水量。

6.如权利要求1-5中任一项所述的高压富水断层隧道施工超前地质预报预测方法，其特征在于，所述采用工程地质调查法进行超前地质探测，以形成第一探测结果的步骤包括：

获取施工区域的地质资料，并根据所述地质资料形成所述施工区域的地质模型；

采用工程地质调查法进行超前地质探测，并根据超前地质探测数据形成超前探测地质模型；

将所述施工区域的地质模型与所述超前地质模型对比结合，以形成所述第一探测结果。

7.如权利要求1-5中任一项所述的高压富水断层隧道施工超前地质预报预测方法，其特征在于，所述采用地质雷达进行近距离地质探测，以形成第二探测结果的步骤包括：

在隧道掌子面处设置地质雷达；

采用地质雷达探测隧道掌子面附近的水流涌动信息，以形成第二探测结果。

8.如权利要求1-5中任一项所述的高压富水断层隧道施工超前地质预报预测方法，其特征在于，所述根据富水断层水流动态变化模拟隧道掌子面处地质及水流变化，以生成地质预测报告的步骤包括：

获取隧道掌子面编录资料；

将富水断层水流动态变化与隧道掌子面编录资料结合，模拟隧道掌子面地质及水流变化，以生成所述地质预测报告。

9.一种高压富水断层隧道施工超前地质预报预测系统，其特征在于，所述高压富水断层隧道施工超前地质预报预测系统用于实现如权利要求1-8中任一项所述的高压富水断层隧道施工超前地质预报预测方法，所述高压富水断层隧道施工超前地质预报预测系统包括：

地质调查探测模块，所述地质调查探测模块用于进行远距离超前地质探测并形成第一探测结果；

地质雷达探测模块，所述地质雷达探测模块用于进行近距离地质探测并形成第二探测结果；

地质预测模块，所述地质预测模块用于将第一探测结果和第二探测结果对比并同步形成第三探测结果；并根据第三探测结果结合水文地质条件预测富水断层水流动态变化，以模拟隧道掌子面处地质及水流变化，生成地质预测报告。

10.如权利要求9所述的高压富水断层隧道施工超前地质预报预测系统，其特征在于，所述高压富水断层隧道施工超前地质预报预测系统还包括：

注浆模块，所述注浆模块用于根据所述地质预测报告进行隧道注浆施工；

预警模块，所述预警模块用于接收所述地质预测报告并发送预警信息；

监控模块，所述定位模块用于监控并定位判断施工人员的具体位置。

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