一種巖溶隧道涌水超前預報系統化施工方法技術方案

本發明專利技術公開了一種巖溶隧道涌水超前預報系統化施工方法，其方法步驟如下：(1)、研究現有資料制定預報方案；(2)、檢測掌子面工藝；(3)、鉆機測定工藝；(4)、涌水位置測定工藝；(5)、鑿巖驗證工藝。本發明專利技術多設備聯動，加強系統化：相較于傳統超前預報方法，將用于超前預報的設備進行有機結合，使設備間相互聯動，為解決巖溶隧道涌水的超前預報問題，提出了一套系統化的解決方案，優劣互補，提升預報精度，完善巖溶隧道涌水超前預報機制，推廣前景好，在巖溶隧道涌水提供一整套的、系統化的解決方案，通過實際工程運用，超前預報效果良好，具有一定的推廣價值。

A systematic construction method of water inflow prediction in Karst Tunnel

【技術實現步驟摘要】
一種巖溶隧道涌水超前預報系統化施工方法
本專利技術涉及一種地質檢測
，尤其是涉及一種巖溶隧道涌水超前預報系統化施工方法。
技術介紹
伴隨我國公路隧道建設的進程加快，公路隧道在修建時也時常遇到地質條件復雜的情形。我國西南地區因存在的大量巖溶地質，給隧道建設帶來了極大的施工難度，同時也增大施工風險。特別是在巖溶發育的灰巖地區，隧道施工揭露溶洞的幾率更高，產生的危害也會更大。如果是大規模的富水溶洞，瞬間就可能造成施工人員和機械設備的嚴重損傷，造成不可預計的后果。輕則引起工期延長和投資加大，嚴重則會引起重大安全事故。受現有技術水平、經費和工期的限制，要把所有溶洞的位置、規模大小、走向等問題全部查清幾乎是不可能的，因此，做好巖溶地區的超前地質預報工作是施工過程中防止或避免發生地質災害的首要任務。通常檢測通過地質雷達將發射天線和接收天線于一體，具有分辨率高、快速、無損、連續檢測、實時顯示等特點，在掌子面前40m的范圍內反射信號還是比較明顯的，是一種比較理想的探測手段。但它儀器密封性差，在潮濕環境易造成儀器損壞，沒有專門的天線，操作起來費時費力，效果不好，因此需要進行完善。
技術實現思路
為了達到上述目的，本專利技術采用的技術方案為，本專利技術提供一種巖溶隧道涌水超前預報系統化施工方法，其特征在于，其方法步驟如下：(1)、研究現有資料制定預報方案：使用TSP303隧道地震探測儀對需要探測的隧道掌子面進行探測，目的是探測掌子面前方200米范圍內的危險斷層區域、溶洞和含水巖層情況，達到中長距離探測前方大致地質情況的目的；(2)、檢測掌子面工藝：利用地質雷達對TSP303檢測的地質情況進行驗證，根據TSP303和地質雷達綜合判斷掌子面前方是否存在溶腔；(3)、鉆機測定工藝：使用多功能超前地質鉆機進行水平鉆探，進一步確定溶腔的位置距離，根據記錄鉆孔出現大量涌水時多功能超前地質鉆機的鉆進深度來判斷涌水位置距離掌子面的距離，達到短距離線性探測的目的；(4)、涌水位置測定工藝：接著利用瞬變電磁儀來確定涌水位置的水源具體方位，達到短距離、大斷面超前預報的目的；(5)、鑿巖驗證工藝：采用三臂鑿巖臺車，在掌子面進行爆破鉆孔前，在多功能超前地質鉆機的鉆孔周圍鉆取深10米的加深炮孔5個，利用加深炮孔來系統分析驗證瞬變電磁儀的預報結果，如果不符合，則再次利用步驟(4)進行測定，若符合，則生成巖溶隧道涌水超前預報報告，將預報結果匯報總工，制定施工方案后，方可繼續施工。優選的，在步驟(2)中，在進行檢測之前先在隧道的墻邊布設一條側線，沿著側線的走向布置一些炮點(大約為24個左右)，以此激發小型人工震源，通常情況下采集數據能夠在任意邊墻上進行，如果斷層最先出現在隧道的右邊則炮點就應布置在隧道右側，當地震波遇到巖石波阻抗差異界面(如斷層、破碎帶和巖性變化等)時，一部分地震信號反射回來，一部分信號透射進入前方介質，反射的地震信號將被高靈敏度的地震檢波器接收，接收的數據通過TSPwin軟件處理，便可了解隧道工作面前方地質體的性質(軟弱巖帶、破碎帶、斷層、含水巖層等)和位置及規模，TSP探測的分辨率為體積≥1m3的地質體，對于富水區段，TSP和其它所有物探手段一樣，都不能定量地預報地下水的涌水量，只能半定量地預報無水、少水、多水或富水。通過對TSP軟件處理成果評估，若發現S波反射比P波強，則表明巖層飽含水，需要再使用地質雷達對前方巖層進行超前預報，兩者相互驗證，判斷前方是否存在溶腔。Ss在步驟(2)與步驟(3)之間需要進行地質雷達驗證工藝，該工藝是利用發射天線向地下介質發射廣譜、高頻電磁波，當電磁波遇到電性(介電常數、電導率)差異界面時將發生透射、折射和反射現象，同時介質對傳播的電磁波也會產生吸收濾波和散射作用，用接收天線接收并記錄來自地下的反射波，采用相應的處理軟件進行數據處理，然后根據處理后的數據圖像結合工程地質及地球物理特征進行推斷解釋，對掌子面前方的工程地質情況(圍巖性質、地質結構構造、圍巖完整性、地下水和溶洞等情況)進行檢測。地質雷達檢測時以縱向布線為主，橫向布線為輔，縱向布線的位置應在隧道拱頂、左右拱腰、左右邊墻和隧道底部各布置一條，橫向布線可按檢測內容和要求布設線距，線距一般為8～12m，采用點測時每個斷面不少于6點，檢測中發現不合格地段應加密測線或測點。優選的，在步驟(3)中，采用超前地質鉆機在施鉆前按孔位設計的位置用儀器準確測量放線，將開孔孔位用紅漆標注在開挖工作面上，孔位布好后，設備就位，接通各動力電源和供風、供水管路。將鉆具前端對準開挖工作面上的孔位，調整鉆機方位，開始鉆進，鉆機在進行鉆進時應做到鉆孔位置不發生偏移，鉆孔完畢鉆機位置不變，在鉆進過程中還應定期檢查機器的松動情況，并及時調整，對鉆具的導向裝置盡可能加長，并且選用剛度較強的鉆桿，從而提高鉆具的剛度，減少鉆具的下沉量。鉆探過程中及時鑒定巖芯、巖粉，判定巖石名稱，并選擇代表性巖芯整理保存。優選的，在步驟(5)中，瞬變電磁法屬時間域電磁感應方法，其探測原理是：在發送回線上供一個電流脈沖方波，在方波后沿下降的瞬間，產生一個向發射回線法線方向傳播的一次磁場，在一次磁場的激勵下，地質體將產生渦流，其大小取決于地質體的導電程度，在一次場消失后，該渦流不會立即消失，它將有一個過渡(衰減)過程，該過渡過程又產生一個衰減的二次磁場向地質體內傳播，由接收回線接收二次磁場，該二次磁場的變化將反映地質體的電性分布情況。探測按照順時針的方向進行探測，每個測點可以測取7個方向，即頂板45度、頂板30度、頂板15度、順層0度、底板45度、底板30度和底板15度。測取一點換至下一點，一次測量要保證記錄的連續性，中間不要任意調換探測方向或次序。如果進行大范圍的探測時，測點之間的距離即線框在橫向上的移動步距應在5～10m之間，測點間點距可選15m，一般來說測點間間距要小于15m。掌子面在探測時有效數據點不少于8個。優選的，在步驟(5)中，在利用三臂鑿巖臺車進行加深炮孔鉆進時應遵循下面幾點，一是保證鉆速均勻，從而判斷出巖層等級是否均質；二是及時觀察鉆進過程中的漿液，判斷圍巖情況；三是根據鉆孔后是否滲水，根據滲水量大小來判斷該孔位前方是否存在涌水；四是查看是否有氣體溢出，判斷是否存在有害氣體。與現有技術相比，本專利技術的優點和積極效果在于，多設備聯動，加強系統化：相較于傳統超前預報方法，將用于超前預報的設備進行有機結合，使設備間相互聯動，為解決巖溶隧道涌水的超前預報問題，提出了一套系統化的解決方案，優劣互補，提升預報精度，完善巖溶隧道涌水超前預報機制，推廣前景好，在巖溶隧道涌水提供一整套的、系統化的解決方案，通過實際工程運用，超前預報效果良好，具有一定的推廣價值。附圖說明為了更清楚地說明本專利技術實施例的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作一簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本專利技術的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖1為本實施例提供的一種本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.一種巖溶隧道涌水超前預報系統化施工方法，其特征在于，其方法步驟如下：/n(1)、研究現有資料制定預報方案：使用TSP303隧道地震探測儀對需要探測的隧道掌子面進行探測，目的是探測掌子面前方200米范圍內的危險斷層區域、溶洞和含水巖層情況，達到中長距離探測前方大致地質情況的目的；/n(2)、檢測掌子面工藝：利用地質雷達對TSP303檢測的地質情況進行驗證，根據TSP303和地質雷達綜合判斷掌子面前方是否存在溶腔；/n(3)、鉆機測定工藝：使用多功能超前地質鉆機進行水平鉆探，進一步確定溶腔的位置距離，根據記錄鉆孔出現大量涌水時多功能超前地質鉆機的鉆進深度來判斷涌水位置距離掌子面的距離，達到短距離線性探測的目的；/n(4)、涌水位置測定工藝：接著利用瞬變電磁儀來確定涌水位置的水源具體方位，達到短距離、大斷面超前預報的目的；/n(5)、鑿巖驗證工藝：采用三臂鑿巖臺車，在掌子面進行爆破鉆孔前，在多功能超前地質鉆機的鉆孔周圍鉆取深10米的加深炮孔5個，利用加深炮孔來系統分析驗證瞬變電磁儀的預報結果，如果不符合，則再次利用步驟(4)進行測定，若符合，則生成巖溶隧道涌水超前預報報告，將預報結果匯報總工，制定施工方案后，方可繼續施工。/n...

【技術特征摘要】
1.一種巖溶隧道涌水超前預報系統化施工方法，其特征在于，其方法步驟如下：
(1)、研究現有資料制定預報方案：使用TSP303隧道地震探測儀對需要探測的隧道掌子面進行探測，目的是探測掌子面前方200米范圍內的危險斷層區域、溶洞和含水巖層情況，達到中長距離探測前方大致地質情況的目的；
(2)、檢測掌子面工藝：利用地質雷達對TSP303檢測的地質情況進行驗證，根據TSP303和地質雷達綜合判斷掌子面前方是否存在溶腔；
(3)、鉆機測定工藝：使用多功能超前地質鉆機進行水平鉆探，進一步確定溶腔的位置距離，根據記錄鉆孔出現大量涌水時多功能超前地質鉆機的鉆進深度來判斷涌水位置距離掌子面的距離，達到短距離線性探測的目的；
(4)、涌水位置測定工藝：接著利用瞬變電磁儀來確定涌水位置的水源具體方位，達到短距離、大斷面超前預報的目的；
(5)、鑿巖驗證工藝：采用三臂鑿巖臺車，在掌子面進行爆破鉆孔前，在多功能超前地質鉆機的鉆孔周圍鉆取深10米的加深炮孔5個，利用加深炮孔來系統分析驗證瞬變電磁儀的預報結果，如果不符合，則再次利用步驟(4)進行測定，若符合，則生成巖溶隧道涌水超前預報報告，將預報結果匯報總工，制定施工方案后，方可繼續施工。


2.根據權利要求1所述的一種巖溶隧道涌水超前預報系統化施工方法，其特征在于，在步驟(2)中，在進行檢測之前先在隧道的墻邊布設一條側線，沿著側線的走向布置一些炮點(大約為24個左右)，以此激發小型人工震源，通常情況下采集數據能夠在任意邊墻上進行，如果斷層最先出現在隧道的右邊則炮點就應布置在隧道右側，當地震波遇到巖石波阻抗差異界面(如斷層、破碎帶和巖性變化等)時，一部分地震信號反射回來，一部分信號透射進入前方介質，反射的地震信號將被高靈敏度的地震檢波器接收，接收的數據通過TSPwin軟件處理，便可了解隧道工作面前方地質體的性質(軟弱巖帶、破碎帶、斷層、含水巖層等)和位置及規模，TSP探測的分辨率為體積≥1m3的地質體，對于富水區段，TSP和其它所有物探手段一樣，都不能定量地預報地下水的涌水量，只能半定量地預報無水、少水、多水或富水。通過對TSP軟件處理成果評估，若發現S波反射比P波強，則表明巖層飽含水，需要再使用地質雷達對前方巖層進行超前預報，兩者相互驗證，判斷前方是否存在溶腔。


3.根據權利要求1所述的一種巖溶隧道涌水超前預報系統化施工方法，其特征在于，在步驟(2)與步驟(3)之間需要進行地質雷達驗證工藝，該工藝是利用發射天線向地下介質發射廣譜、高頻電磁波，當電磁波遇到電性(介電常數、電導率)差異界面時將發生透射、折射和反射現象，同時介質對傳播的電磁波也會產生吸收濾波和散射作用，用接收天線接收并記錄...

【專利技術屬性】
技術研發人員：蘭福軍，鄧科，鐘志明，張沁，李連雙，蔣俊彥，李慧英，朱可，王羽，陳海生，康洽，
申請(專利權)人：鄧科，
類型：發明
國別省市：重慶;50