高風(fēng)險(xiǎn)隧道施工期水害預(yù)報(bào)方法研究

吳江華

摘要：隧道施工期間發(fā)生隧道水害情況較為常見(jiàn)，特別是在我國(guó)巖溶地質(zhì)區(qū)域，實(shí)施隧道施工時(shí)，發(fā)生水害的可能性極大，使施工安全受到極大的考驗(yàn)，還會(huì)為施工帶來(lái)嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。文章在多年工作實(shí)踐的基礎(chǔ)上，介紹了幾種在隧道施工期間進(jìn)行水害預(yù)報(bào)的方法。

關(guān)鍵詞：高風(fēng)險(xiǎn)隧道施工期；水害預(yù)報(bào)方法；水文地質(zhì)法；地質(zhì)雷達(dá)法；瞬變電磁法；紅外控水法 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類(lèi)號(hào)：P641 文章編號(hào)：1009-2374（2015）17-0074-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.17.037

隧道水害發(fā)生于隧道施工期的情況十分常見(jiàn)，多由于水文地質(zhì)情況導(dǎo)致的地質(zhì)災(zāi)害，很容易使施工停止。我國(guó)很多隧道施工中都會(huì)發(fā)生突水和突泥情況。本次研究為大家講解對(duì)水害預(yù)報(bào)的方法，包括水文地質(zhì)法、地質(zhì)雷達(dá)法、瞬變電磁法及紅外控水法，通過(guò)這些方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)高風(fēng)險(xiǎn)隧道施工期的水害預(yù)報(bào)，實(shí)現(xiàn)安全施工，值得共同研究分析。

1 水文地質(zhì)法

在地質(zhì)學(xué)角度，對(duì)巖溶地區(qū)地下水儲(chǔ)水和徑流進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)向斜盆地與背斜軸部及斷層破碎帶等地質(zhì)條件很容易發(fā)生涌水，以非均質(zhì)、各向異性巖溶水等流域作為巖溶水的活動(dòng)區(qū)域，建立起水文地質(zhì)模型，以水文地質(zhì)柱狀圖與水層空間的方式，對(duì)含水層非均烏蘭浩特性有更深的了解，通過(guò)水均衡與水動(dòng)力場(chǎng)等分析方法，對(duì)補(bǔ)徑排路徑進(jìn)行確定，使水文地質(zhì)平面與剖面圖可以更好地呈現(xiàn)出水層空間的分布。例如：我國(guó)北方對(duì)馬家溝灰?guī)r與霧迷山白云巖這兩種強(qiáng)巖含水層就已經(jīng)確定，發(fā)現(xiàn)巖溶的發(fā)育會(huì)受到隔水頂、底板等因素控制。

2 地質(zhì)雷達(dá)法

地質(zhì)雷達(dá)對(duì)于水有著非常敏感的特點(diǎn)，可有效完成地下水的查找，也是現(xiàn)階段對(duì)水害預(yù)報(bào)應(yīng)用的最佳方法。通過(guò)隧道襯砌背后對(duì)含水裂隙進(jìn)行檢測(cè)，有著極佳的探查效果。例如：美國(guó)西南軍用鐵路施工就應(yīng)用了地質(zhì)雷達(dá)對(duì)施工期水害進(jìn)行超前的預(yù)報(bào)。地質(zhì)雷達(dá)法對(duì)水害預(yù)報(bào)的效果較為理想，不過(guò)受到探查距離限制，它所能探查的范圍只達(dá)到30m，對(duì)數(shù)據(jù)的處理與資料的分析也存在很多問(wèn)題。而且，地質(zhì)雷達(dá)在隧道探查中還容易受到金屬物影響，使掌子面水體的預(yù)報(bào)位置與預(yù)報(bào)精度發(fā)生偏離。雷達(dá)探查是由天線朝巖體進(jìn)行高頻電磁波信號(hào)的發(fā)射，在巖體中介質(zhì)由于常數(shù)不同使雷達(dá)波可以由接收天線完成接收工作。雷達(dá)工作基礎(chǔ)因素就是介電常數(shù)差，一般情況下，空氣介電常數(shù)是1，而巖石介電常數(shù)在4～20范圍內(nèi)，而水介電常數(shù)則是81，所以，應(yīng)用雷達(dá)對(duì)水害進(jìn)行探查具有極強(qiáng)的敏感性。地下水可以當(dāng)作高電導(dǎo)介質(zhì)，應(yīng)用雷達(dá)探查時(shí)，有著不同的介質(zhì)反應(yīng)。

3 瞬變電磁法

瞬變電磁法是由階躍形的電磁脈沖來(lái)激發(fā)，通過(guò)不接地回線朝地下進(jìn)行發(fā)射，通過(guò)地下介質(zhì)的感應(yīng)二次場(chǎng)發(fā)現(xiàn)變化。例如：日本就曾以MT法，對(duì)掌子面低電阻層進(jìn)行探查，不過(guò)MT法的定量精度不高，通過(guò)煙圈效應(yīng)，利用小場(chǎng)地加大發(fā)射深度，適合小掌子面對(duì)深度的探查，最大深度能達(dá)到40～60m。我國(guó)長(zhǎng)安大學(xué)以瞬變電磁法于錦屏電站進(jìn)行探洞試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果證明，瞬變電磁法能當(dāng)作遠(yuǎn)距離的探水方法，但是對(duì)探查方位和精度的計(jì)算需要進(jìn)一步研究，如表1所示：

4 紅外控水法

紅外線控水法對(duì)控水具有輔助作用，按照施工處掌子面溫度對(duì)20m內(nèi)水體進(jìn)行探查，通過(guò)紅外線能量的發(fā)射，使發(fā)射能量大小和物體發(fā)射率保持正比關(guān)系，發(fā)射率大小受物體物質(zhì)與表面情況影響，如果隧道掌子面的前方和周邊的介質(zhì)相同，就可以經(jīng)紅外線測(cè)定屬于正常場(chǎng)，如果前方有含水地質(zhì)結(jié)構(gòu)或含水，就可以使場(chǎng)強(qiáng)與正常場(chǎng)進(jìn)行疊加，導(dǎo)致正常場(chǎng)發(fā)生畸變，通過(guò)這種方法，對(duì)掌子面前方地質(zhì)水構(gòu)造情況進(jìn)行判斷。具體測(cè)試方法如下所示：

掌子面從上、中、下和左、中、右六條不同的測(cè)線進(jìn)行交叉和測(cè)取，獲得9組數(shù)據(jù)，由9組數(shù)據(jù)差值，對(duì)水結(jié)構(gòu)進(jìn)行判斷。掌子面可以朝洞口方向掘進(jìn)，對(duì)掌子面的左邊墻和拱部、右邊墻等處沿著一定的順序逐步完成測(cè)試，每隔3～5m就要測(cè)試取得1組數(shù)據(jù)，測(cè)試取數(shù)據(jù)的距離限制在30～50m范圍內(nèi)，完成紅外輻射曲線的繪制工作。按照曲線發(fā)展趨勢(shì)，以此來(lái)對(duì)掌子面前方是否存在水結(jié)構(gòu)進(jìn)行判斷。一般情況下，對(duì)掌子面9組數(shù)據(jù)差值，最大不能超出10?w/cm2，可以準(zhǔn)確的判斷出前方是否存在水結(jié)構(gòu)。如果紅外輻射曲線有所上升或者下降，就能判定出前方有水，如果沒(méi)有上升或者下降，就可以判斷出無(wú)水。

紅外線探測(cè)時(shí)，可以對(duì)隧道整個(gè)空間進(jìn)行全方位探測(cè)，而且紅外線探測(cè)儀的操作十分簡(jiǎn)單，可以朝隧道外圍空間和30m范圍進(jìn)行探測(cè)，在施工的間歇時(shí)間就要可以完成探測(cè)，不需要占用施工的時(shí)間。不過(guò)，紅外線探測(cè)的方法，只能對(duì)是否存在水結(jié)構(gòu)進(jìn)行探測(cè)，卻無(wú)法具體探測(cè)出水量的大小、寬度、位置等。隧道施工期進(jìn)行水害預(yù)報(bào)時(shí)，也可以對(duì)裂隙、溶洞等進(jìn)行預(yù)報(bào)。

另外，應(yīng)用陸地聲納也能反映出小型的溶洞情況，以上對(duì)高風(fēng)險(xiǎn)隧道施工期水害預(yù)報(bào)的方法要結(jié)合實(shí)際應(yīng)用，才能實(shí)現(xiàn)最理想的探測(cè)效果，使預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率得到有效的保證。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，本文通過(guò)對(duì)水文地質(zhì)法、地質(zhì)雷達(dá)法、瞬變電磁法及紅外控水法等探測(cè)方法的總結(jié)，對(duì)每種預(yù)報(bào)方法的優(yōu)勢(shì)與劣勢(shì)進(jìn)行分析，從地質(zhì)角度全面分析了高風(fēng)險(xiǎn)隧道施工期水害預(yù)報(bào)的方法選擇，由巖溶地區(qū)實(shí)現(xiàn)地下水儲(chǔ)水和徑流通道等環(huán)境下，了解到向斜盆地與背斜軸部等地質(zhì)環(huán)境下更容易發(fā)生涌水現(xiàn)象。通過(guò)對(duì)隧道水害預(yù)報(bào)方法的進(jìn)一步細(xì)化，以此建立起有效水害預(yù)報(bào)，建立起有效的預(yù)警機(jī)制與防范方法，使隧道施工安全得到有效的保證。

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（責(zé)任編輯：秦遜玉）