紅外探水儀在隧道超前地質(zhì)預(yù)報中的應(yīng)用研究

張彥宇

摘要：本文選取位于漳平市南洋鄉(xiāng)梧溪村內(nèi)九鵬溪斜井隧道作為研究對象，采用紅外探水儀對其隧道斷面和掌子面進行了超前地質(zhì)預(yù)報探測，并根據(jù)紅外探水儀對斷面和掌子面測試數(shù)據(jù)的分析，對隧道當(dāng)前的地質(zhì)狀況進行有效預(yù)判，對隧道的后期工程有較好的開展指導(dǎo)作用。

關(guān)鍵詞：紅外探水;隧道;超前地質(zhì)預(yù)報;九鵬溪斜井

中圖分類號：TP334.3 文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）03-0270-02

1 紅外超前探水原理

利用紅外線探測隱伏含水構(gòu)造，首先是由于水體本身的熱導(dǎo)性質(zhì)決定的。水的熱導(dǎo)率比所有巖石的熱導(dǎo)率低，對地下近似水平的開挖空間來說，如果存在一個含水構(gòu)造，這個含水構(gòu)造中的水體，不論是與隧道周圍層局部位發(fā)生水力聯(lián)系，由于水自身的熱導(dǎo)率很低，都很難被巖溫同化[1-3]。就其比熱來說，所有巖石的比熱值均比水低，這說明任何一種地質(zhì)體的熱容量都沒有水體大，水體能夠最大限度地儲存冷溫和熱溫。又因為水的熱擴散率比所有巖石的熱擴散率都低。因此，從外部空間地層通過構(gòu)造運移到采掘水平的隱伏水體，能夠最大限度地保持原來所在空間的水溫，所以隱伏水體和巖溫總是存在明顯的溫差。地溫場理論指出地溫場是一恒定值[3-4]，當(dāng)開挖周圍空間出現(xiàn)含水構(gòu)造時，正常溫度場將會迭加上含水構(gòu)造的背景場，從而使正常地溫場發(fā)生畸變，另也說明紅外波段長的能量也要跟著發(fā)化口]。根據(jù)斯蒂芬一波爾茲曼定律：介質(zhì)所輻射的紅外波段的能量和被測目標(biāo)溫度之間將發(fā)生顯著變化。因而利用紅外線探水技術(shù)，可以尋找到開挖隧道圍巖的隱伏含水體[6-8]。

2 隧道及地質(zhì)概況

隧道選擇是九鵬溪斜井，位于漳平市南洋鄉(xiāng)梧溪村內(nèi)，是九鵬溪隧道的輔助坑道，洞口地勢平坦，多為林地，有山路相通，交通較為便利，全長1039m，坡率為7.86%，位于線路前進方向右側(cè)，與線路相交與DK179+040，與線路小里程方向平面夾角為120度。九鵬溪隧道出口段，表層零星分布有Qel+dl粉質(zhì)粘土，褐黃色，硬塑，厚1-3m;粗角礫土：紫紅色，密實、稍濕、礫徑2-5cm，分布于隧道出口表層。下伏全。弱風(fēng)化T3d粉砂巖，褐黃色、紫紅色、青灰色。強風(fēng)化呈土狀，厚約1.2-7.2m;強風(fēng)化呈碎塊狀，巖體破碎，厚15-35m;以下為弱風(fēng)化。

3 斷面和掌子面探測方法

3.1 進入隧道后首先布置探測順序號

（1）探測目的：目的之一確定掘進前方30米范圍內(nèi)有無隱伏含水構(gòu)造或溶洞。目的之二是確定掘進隧道外圍空間30米范圍有無隱蔽水體或含水?dāng)鄬雍腿芏?。實現(xiàn)上述兩個目的是通過N條探測線和掌子面探測數(shù)據(jù)的差值來完成的。這N條探測線的名稱分別是：左邊墻腳探測線、左邊墻探測線、拱頂探測線、右邊墻探測線、右邊墻腳探測線、底板中線探測線等等。

（2）布置探測斷面號的方法：如以掌子面為起點，向隧道后方每隔5米在一個邊墻上標(biāo)出探測斷面號，總共標(biāo)12個號。繪制紅外探測圖時，首端表示的是001號斷面，尾端表示的是12號斷面。微機成圖時，是把001號斷面的數(shù)據(jù)放在左端，12號點的數(shù)據(jù)放在右端，相對繪成的探測曲線而言，首端表示的場強是01號點位，尾端表示的場強是12號點位。（12號點標(biāo)在靠近掌子面的邊墻上，距底板約半人高即可。）

3.2 沿隧道走向進行紅外探測

操作人員依次站在隧道中央每個斷面號旁，分別對N個不同空間部位進行探測，并把探測值儲存起來。然后走到下一個斷面號，進行同樣的操作。具體做法如下：

（1）正式探測前應(yīng)把儀器的設(shè)置搞好，具體做法是接通儀器電源，在主菜單進入信息項檢查核對日期和時間。另一方面是在主菜單進入設(shè)置項來選擇是否開激光。當(dāng)隧道中光線好時，可以只要激光器開。

（2）在完成上述工作后，就可進入正式探測了。此時操作者應(yīng)站到001號斷面號旁的隧道中央，按在主菜單進入斷面測量，液晶屏由主菜單轉(zhuǎn)入測量畫面。

3.3 探掌子面

探掌子面的目的是為了確定掘進前方有無含水?dāng)鄬?、破碎帶、巖溶發(fā)育段。探掌子面的探點布置如圖2，即在掌子面上水平方向布4條線，每條線上布6個探點。

4 測試數(shù)據(jù)分析

4.1 斷面測試數(shù)據(jù)分析

斷面數(shù)據(jù)分析說明：1、表中前和尾的X極差數(shù)據(jù)，已接近和超出安全值lOum/cm2，表示右墻、底板含水體區(qū)域明顯。2、Y極差雖然沒有超安全值，但極差也偏大（斷面測試時人背對掌子面）

（2）斷面測試數(shù)據(jù)曲線圖

4.2 掌子面測試數(shù)據(jù)分析

（1）掌子面測試數(shù)據(jù)表

掌子面數(shù)據(jù)分析說明：掌子面數(shù)據(jù)與右墻、底板數(shù)值接近（掌子面測試時，人正對掌子面）

（2）掌子面測試數(shù)據(jù)曲線圖

5 結(jié)論

通過以上數(shù)據(jù)分析及曲線圖顯示，右墻、底板含水體區(qū)域明顯。也符合了與現(xiàn)場實體查看一致，掌子面、底板明顯有水流動，右墻濕潤。因此，經(jīng)過測試，對該隧道的處理時應(yīng)該對右墻側(cè)面注意做好防護;掌子面往前開挖，重點提醒右墻側(cè)面慎防發(fā)生透水。

參考文獻：

[1]安輝.紅外探測技術(shù)在隧道超前地質(zhì)預(yù)報中優(yōu)、缺點探討[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，2014 （3）：101-104.

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