CN117348078A - 一种隧道主洞与泄水洞爆破互扰的岩体参数测定方法 - Google Patents

一种隧道主洞与泄水洞爆破互扰的岩体参数测定方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种隧道主洞与泄水洞爆破互扰的岩体参数测定方法，通过泄水洞或者隧道主洞的爆破来探测隧道主洞或者泄水洞掌子面前方的岩体参数，利用爆破过程中产生的地震波在岩体中的传播原理来实现超前地质预报，即弹性波在岩体中传播时遇到不良地质会发生损伤，导致波速下降，采集不同位置的振动速度、并进行对比，从而推测隧道主洞或泄水洞掌子面前方是否存在不良地质。本发明提供了一种隧道超前地质预报方法，可以使隧道施工和地质预报同时进行，而且不影响施工进度。当泄水洞爆破施工时，可以对隧道主洞进行地质探测；当隧道主洞进行爆破施工时，可以对泄水洞进行地质探测，节约了探测成本及时间。

Description

一种隧道主洞与泄水洞爆破互扰的岩体参数测定方法
技术领域
本发明涉及一种隧道主洞与泄水洞爆破互扰的岩体参数测定方法，属于超前地质预报技术领域。
背景技术
随着我国基础设施的快速发展，隧道工程也越来越多。隧道工程是地下工程，具有隐蔽性、复杂性和不可预见性。隧道周围及掌子面前方的工程地质和水文地质情况对隧道施工的质量和安全关系重大。不良地质条件极易引起隧道坍方、突泥涌水，不仅在技术上给隧道施工带来极大的困难，也常常因突发事故导致人身伤亡、设备损失、工期延误，从而造成巨大的经济损失。所以在隧道施工时，通过技术方法实施超前地质预报，预测隧道掘进方向的地质状况，提早、及时地使用有效的开挖与支护方式就显得非常重要。
TSP203法是一种常见的超前地质预报法。其原理是在震源点用小量炸药激发产生地震波，当地震波遇到岩体波阻抗差异界面时，一部分地震信号反射回来，一部分信号透射进入前方介质。反射的地震信号被高灵敏度的加速度地震传感器接收并以数字形式记录下来。采集数据通过TSPwin软件处理，了解隧道掌子面前方地质体的性质和位置及规模。
此方法可以有效探明掌子面前方围岩断层情况，但探测期间隧道内需停止施工作业，影响施工顺利进行，而且钻孔及装药时间较长，探测一次成本费用相对较高。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种隧道主洞与泄水洞爆破互扰的岩体参数测定方法。当泄水洞施工时，采用本方法可测定隧道主洞掌子面前方及侧方的岩体参数，探测过程中不会影响施工进度，减少了探测成本。反之，当隧道主洞施工时，可以测定泄水洞掌子面前方及侧方的岩体参数。
本发明的技术方案：一种隧道主洞与泄水洞爆破互扰的岩体参数测定方法，通过泄水洞或者隧道主洞的爆破来探测隧道主洞或者泄水洞掌子面前方的岩体参数，利用爆破过程中产生的地震波在岩体中的传播原理来实现超前地质预报，即弹性波在岩体中传播时遇到不良地质会发生损伤，导致波速下降，采集不同位置的振动速度、并进行对比，从而推测隧道掌子面前方是否存在不良地质。
前述的一种隧道主洞与泄水洞爆破互扰的岩体参数测定方法中，隧道主洞或者泄水洞开挖进程中，合理设置爆破孔，并在爆源附近布置探测孔，并连接爆破测振仪接收数据，同时在泄水洞或者隧道主洞掌子面上布置探测孔，同时连接爆破测振仪接收数据，通过将两个地方的接收数据进行对比，从而推测隧道掌子面前方是否存在不良地质。
前述的一种隧道主洞与泄水洞爆破互扰的岩体参数测定方法中，爆破测振仪布置在靠近爆源的隧道侧面，且布置在隧道截面拱脚处。
前述的一种隧道主洞与泄水洞爆破互扰的岩体参数测定方法中，每个测点的探测孔共布置三个。
前述的一种隧道主洞与泄水洞爆破互扰的岩体参数测定方法中，测得爆源附近的振动速度记为V0，测得地震波传播至隧道或泄水洞时的振动速度记为V1，然后对比V0和V1的大小，如果波速V0＜＜V1，则可以推测隧道掌子面前方存在不良地质，在开挖过程中需采取措施来避免不良地质带来的影响；反之，如果波速V0≈(0.9～1)V1，则可以推测隧道掌子面前方不存在不良地质，可以继续向前施工。
本发明的有益效果：与现有技术相比，本发明提供了一种隧道超前地质预报方法，可以使隧道施工和地质预报同时进行，而且不影响施工进度。当泄水洞爆破施工时，可以对隧道主洞进行地质探测；当隧道主洞进行爆破施工时，可以对泄水洞进行地质探测，这种爆破互扰的探测方式，通过对比两次的探测结果，更准确地分析隧道掌子面前方及侧方的岩体参数，节约了探测成本及时间。通过分析多个探测孔数据，可以更准确有效地探测出掌子面前方地质情况。
附图说明
图1是本发明中实施例1a平面示意图；
图2是本发明中实施例1b平面示意图；
图3是本发明中实施例2平面示意图；
图4是本发明中数据接收孔及测振仪平面布置图；
图5是本发明中数据接收孔及测振仪横断面布置图；
图6是本发明的岩石应力波传播原理图。
附图标记为：1-爆源、2-泄水洞爆破测振仪、3-左幅隧道爆破测振仪、4-右幅隧道爆破测振仪、5-不良地质、6-地震波传播路径、接收孔-S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8、S9。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。
本本发明的实施例1：在隧道开挖过程中，常规地质预报需要暂停施工来保证量测过程不受干扰，影响施工进度，本发明提供了一种隧道主洞与泄水洞爆破互扰的岩体参数测定方法，其具体实施形式如下：
如附图1所示实施例，当先行洞(泄水洞)进行爆破施工时，可以利用泄水洞爆破所产生的振动，结合应力波在隧道中传播的原理实现预测隧道主洞的岩体参数，其主要流程如下：
一、隧道岩体参数测定仪器布置
1.根据泄水洞开挖实际需求，合理布置爆破孔，在爆源1附近6m～12m范围内设置三个接收孔S1、S2、S3。由于实际爆破过程中常采用分段起爆，故存在不同的振速峰值。为测量同一峰值的振速，三个接收孔安装间距为10cm，最后安装泄水洞爆破测振仪2，用于收集数据；
2.在左幅隧道掌子面6m～12m范围内同样设置三个接收孔S4、S5、S6，同理三个接收孔安装间距为10cm，最后安装左幅隧道爆破测振仪3，用于采集数据；
3.同样的，在右幅隧道掌子面6m～12m范围内设置三个接收孔S7、S8、S9，同理三个接收孔安装间距为10cm，最后安装右幅隧道爆破测振仪4，用于采集数据。
详细来说，本方法所测应力波速度为弹性波的速度，此时波的传播速度等于岩石中的声速，其作用只能引起岩石质点做弹性振动，而不能引起岩石产生破坏。同时，布置三个接收孔可以减小实验误差，更准确地监测此处振动数据。
详细来说，爆破测振仪通常布置在隧道截面拱脚处，方便布置，如附图5所示。
详细来说，爆破测振仪通常布置在靠近爆源的隧道侧面，若布置在另一侧会导致波速降低很多。
二、试验数据分析
1.测得泄水洞爆源附近围岩的振动速度，记为V1、V2、V3。取三个数据的平均值，记为V泄水洞；
2.测得左幅隧道掌子面附近围岩的振动速度，记为V4、V5、V6。取三个数据的平均值，记为V左幅隧道；
3.测得右幅隧道掌子面附近围岩的振动速度，记为V7、V8、V9。取三个数据的平均值，记为V右幅隧道。
根据附图6所示弹性波在岩石中传播的原理，即当入射波遇到断层、溶洞等不良地质时，应力波会发生反射和折射等效应，一部分波以反射波的形式传播回去，另一部分则继续穿过不良地质传播。由于波发生了反射和折射，造成了能量损失，其振动速度也会受损。即本方法将利用利用此原理来分析隧道前方是否存在不良地质、岩溶、断层等情况。
如附图1所示实施例，当弹性波传播至右幅隧道前方不良地质时，应力波由于发生反射和折射导致发生损失，此时波速V右幅隧道＜＜V泄水洞，而弹性波传播至右幅隧道过程中未遇到不良地质，此时波速V左幅隧道≈(0.9～1)V泄水洞。由此可以进一步探明右幅隧道掌子面前方有不良地质，需要合理规划施工方案来避免施工事故发生。
进一步的，如附图2所示实施例，当后行洞(右幅隧道)进行爆破时，按照之前附图1所述的步骤布置爆破探测仪，测得V左幅隧道、V泄水洞、V右幅隧道。
进一步的，对比实测波速情况发现V左幅隧道≈(0.9～1)V右幅隧道，V泄水洞＜＜V右幅隧道，则可以推测右幅隧道掌子面前方有不良地质，需要合理规划施工方案来避免施工事故发生。对比分析先行洞(泄水洞)爆破时所分析的结果，可以进一步证明探测的准确性。
本发明的实施例2：也可以用此方法测定如附图3所示情况的岩石参数，其主要流程如下：
一、隧道岩体参数测定仪器布置
1.根据泄水洞开挖实际情况，合理布置爆破孔，在爆源1附近设置三个接收孔S1、S2、S3，安装泄水洞爆破测振仪2收集数据；
2.在左幅隧道掌子面附近同样设置三个接收孔S4、S5、S6，安装左幅隧道爆破测振仪3采集数据；
3.同样的，在右幅隧道掌子面附近设置三个接收孔S7、S8、S9，安装右幅隧道爆破测振仪4采集数据。
4.详细来说，爆破测振仪通常布置在隧道截面拱脚处，如附图5所示。
二、试验数据分析
1.测得泄水洞爆源附近围岩的振动速度，记为V1、V2、V3。取三个数据的平均值，记为V泄水洞；
2.测得左幅隧道掌子面附近围岩的振动速度，记为V4、V5、V6。取三个数据的平均值，记为V左幅隧道；
3.测得右幅隧道掌子面附近围岩的振动速度，记为V7、V8、V9。取三个数据的平均值，记为V右幅隧道。
根据附图6所示弹性波在岩石中传播的原理，即当入射波遇到断层、溶洞等不良地质时，应力波会发生反射和折射，一部分波以反射波的形式传播回去，另一部分则继续穿过不良地质传播。由于波发生了反射和折射，造成了能量损失，其振动速度也会受损。本方法就是利用此原理来分析隧道前方是否存在不良地质。
如附图3所示实施例，当弹性波传播至左幅隧道前方不良地质时，应力波由于发生反射和折射导致能量发生损失，此时波速V左幅隧道《V右幅隧道，而弹性波传播至右幅隧道未遇到不良地质，此时波速V右幅隧道≈(0.9～1)V泄水洞。由此可以预测左幅隧道掌子面前方可能存在有不良地质，需要合理规划施工方案来避免事故发生。
本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种隧道主洞与泄水洞爆破互扰的岩体参数测定方法，其特征在于：通过泄水洞或者隧道主洞的爆破来探测隧道主洞或者泄水洞掌子面前方的岩体参数，利用爆破过程中产生的地震波在岩体中的传播原理来实现超前地质预报，即弹性波在岩体中传播时遇到不良地质会发生损伤，导致波速下降，采集不同位置的振动速度、并进行对比，从而推测隧道主洞或泄水洞掌子面前方是否存在不良地质。
2.根据权利要求1所述的一种隧道主洞与泄水洞爆破互扰的岩体参数测定方法，其特征在于：隧道主洞或者泄水洞开挖进程中，合理设置爆破孔，并在爆源附近布置探测孔，并连接爆破测振仪接收数据，同时在泄水洞或者隧道主洞掌子面上布置探测孔，同时连接爆破测振仪接收数据，通过将两个地方的接收数据进行对比，从而推测隧道主洞或泄水洞掌子面前方是否存在不良地质。
3.根据权利要求2所述的一种隧道主洞与泄水洞爆破互扰的岩体参数测定方法，其特征在于：爆破测振仪布置在靠近爆源的隧道侧面，且布置在隧道截面拱脚处。
4.根据权利要求2所述的一种隧道主洞与泄水洞爆破互扰的岩体参数测定方法，其特征在于：每个测点的探测孔共布置三个。
5.根据权利要求2所述的一种隧道主洞与泄水洞爆破互扰的岩体参数测定方法，其特征在于：测得爆源附近的振动速度记为V0，测得地震波传播至隧道或泄水洞时的振动速度记为V1，然后对比V0和V1的大小，如果波速V0＜＜V1，则可以推测隧道主洞或泄水洞掌子面前方存在不良地质，在开挖过程中需采取措施来避免不良地质带来的影响；反之，如果波速V0≈(0.9～1)V1，则可以推测隧道主洞或泄水洞掌子面前方不存在不良地质，可以继续向前施工。
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