高风险隧道施工期水害预报方法研究

吴江华

摘要：隧道施工期间发生隧道水害情况较为常见，特别是在我国岩溶地质区域，实施隧道施工时，发生水害的可能性极大，使施工安全受到极大的考验，还会为施工带来严重的经济损失。文章在多年工作实践的基础上，介绍了几种在隧道施工期间进行水害预报的方法。

关键词：高风险隧道施工期；水害预报方法；水文地质法；地质雷达法；瞬变电磁法；红外控水法 文献标识码：A

中图分类号：P641 文章编号：1009-2374（2015）17-0074-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.17.037

隧道水害发生于隧道施工期的情况十分常见，多由于水文地质情况导致的地质灾害，很容易使施工停止。我国很多隧道施工中都会发生突水和突泥情况。本次研究为大家讲解对水害预报的方法，包括水文地质法、地质雷达法、瞬变电磁法及红外控水法，通过这些方法，实现对高风险隧道施工期的水害预报，实现安全施工，值得共同研究分析。

1 水文地质法

在地质学角度，对岩溶地区地下水储水和径流进行分析，发现向斜盆地与背斜轴部及断层破碎带等地质条件很容易发生涌水，以非均质、各向异性岩溶水等流域作为岩溶水的活动区域，建立起水文地质模型，以水文地质柱状图与水层空间的方式，对含水层非均乌兰浩特性有更深的了解，通过水均衡与水动力场等分析方法，对补径排路径进行确定，使水文地质平面与剖面图可以更好地呈现出水层空间的分布。例如：我国北方对马家沟灰岩与雾迷山白云岩这两种强岩含水层就已经确定，发现岩溶的发育会受到隔水顶、底板等因素控制。

2 地质雷达法

地质雷达对于水有着非常敏感的特点，可有效完成地下水的查找，也是现阶段对水害预报应用的最佳方法。通过隧道衬砌背后对含水裂隙进行检测，有着极佳的探查效果。例如：美国西南军用铁路施工就应用了地质雷达对施工期水害进行超前的预报。地质雷达法对水害预报的效果较为理想，不过受到探查距离限制，它所能探查的范围只达到30m，对数据的处理与资料的分析也存在很多问题。而且，地质雷达在隧道探查中还容易受到金属物影响，使掌子面水体的预报位置与预报精度发生偏离。雷达探查是由天线朝岩体进行高频电磁波信号的发射，在岩体中介质由于常数不同使雷达波可以由接收天线完成接收工作。雷达工作基础因素就是介电常数差，一般情况下，空气介电常数是1，而岩石介电常数在4～20范围内，而水介电常数则是81，所以，应用雷达对水害进行探查具有极强的敏感性。地下水可以当作高电导介质，应用雷达探查时，有着不同的介质反应。

3 瞬变电磁法

瞬变电磁法是由阶跃形的电磁脉冲来激发，通过不接地回线朝地下进行发射，通过地下介质的感应二次场发现变化。例如：日本就曾以MT法，对掌子面低电阻层进行探查，不过MT法的定量精度不高，通过烟圈效应，利用小场地加大发射深度，适合小掌子面对深度的探查，最大深度能达到40～60m。我国长安大学以瞬变电磁法于锦屏电站进行探洞试验，试验结果证明，瞬变电磁法能当作远距离的探水方法，但是对探查方位和精度的计算需要进一步研究，如表1所示：

4 红外控水法

红外线控水法对控水具有辅助作用，按照施工处掌子面温度对20m内水体进行探查，通过红外线能量的发射，使发射能量大小和物体发射率保持正比关系，发射率大小受物体物质与表面情况影响，如果隧道掌子面的前方和周边的介质相同，就可以经红外线测定属于正常场，如果前方有含水地质结构或含水，就可以使场强与正常场进行叠加，导致正常场发生畸变，通过这种方法，对掌子面前方地质水构造情况进行判断。具体测试方法如下所示：

掌子面从上、中、下和左、中、右六条不同的测线进行交叉和测取，获得9组数据，由9组数据差值，对水结构进行判断。掌子面可以朝洞口方向掘进，对掌子面的左边墙和拱部、右边墙等处沿着一定的顺序逐步完成测试，每隔3～5m就要测试取得1组数据，测试取数据的距离限制在30～50m范围内，完成红外辐射曲线的绘制工作。按照曲线发展趋势，以此来对掌子面前方是否存在水结构进行判断。一般情况下，对掌子面9组数据差值，最大不能超出10?w/cm2，可以准确的判断出前方是否存在水结构。如果红外辐射曲线有所上升或者下降，就能判定出前方有水，如果没有上升或者下降，就可以判断出无水。

红外线探测时，可以对隧道整个空间进行全方位探测，而且红外线探测仪的操作十分简单，可以朝隧道外围空间和30m范围进行探测，在施工的间歇时间就要可以完成探测，不需要占用施工的时间。不过，红外线探测的方法，只能对是否存在水结构进行探测，却无法具体探测出水量的大小、宽度、位置等。隧道施工期进行水害预报时，也可以对裂隙、溶洞等进行预报。

另外，应用陆地声纳也能反映出小型的溶洞情况，以上对高风险隧道施工期水害预报的方法要结合实际应用，才能实现最理想的探测效果，使预报准确率得到有效的保证。

5 结语

综上所述，本文通过对水文地质法、地质雷达法、瞬变电磁法及红外控水法等探测方法的总结，对每种预报方法的优势与劣势进行分析，从地质角度全面分析了高风险隧道施工期水害预报的方法选择，由岩溶地区实现地下水储水和径流通道等环境下，了解到向斜盆地与背斜轴部等地质环境下更容易发生涌水现象。通过对隧道水害预报方法的进一步细化，以此建立起有效水害预报，建立起有效的预警机制与防范方法，使隧道施工安全得到有效的保证。

参考文献

[1] 钱七虎，戎晓力.中国地下工程安全风险管理的现状、问题及相关建议[J].岩石力学与工程学报，2010，27（4）.

[2] 蒋忠诚.西南岩溶地下水资源开发利用效应与潜力分析[J].地球学报，2011，27（5）.

[3] 李诚明.超前地质预报在圆梁山隧道施工中的应用

[J].公路交通技术，2012，5（1）.

[4] 刘红延，陈保立，温东升.鄂西南岩溶水的基本特征及分布规律[J].资源环境与工程，2012，21（2）.

[5] 高峻，钱建文.庆春路过江隧道施工难度及风险的分析和控制[J].隧道建设，2010，26（5）.

（责任编辑：秦逊玉）