来宝网 2011/3/31点击4499次
红外线探水法在隧道超前探水预报中的应用
黄忆龙 中铁十六局集团公司,北京100018
摘要：系统阐述了红外线超前探水的原理，测线布置方式，和超前探水预报判读依据；并结合工程实例，介绍了利用红外线探水仪进行地下水预报探测和分析的方法。
关键词：红外线；探水法；隧道；应用
前言
利用红外线进行超前探水是目前较为先进的一种地下水探测预报方法，能够定性确定一定深度(20 ITI一30 m)范围地层中含水的部位和类型，现已广泛地应用于地下工程施工中的地下水探测。
l. 红外线超前探水法的原理
任何物体都会发射出红外线，形成一个红外场。将一个稳定的质体作为探测对象的场源时，由该物体所形成的红外场的强度与场源本身的场强相一致。当地质体中含地下水，那么地下水场源产生的红外场会对地质体场源所产生红外场产生影响，使其场强发生变化。地质体所形成的红外场场强变化可用红外线探测仪探测。根据围岩红外场强的变化来预报掌子面前方或洞壁四周是否隐状含水体。
2. 红外线超前探水法的测线布置
在隧道施工中，主要通过探测掘进掌子面岩体场强的变化差异值，和隧道开挖段围岩场强沿纵向的变化规律，来推断前方是否为隐伏含水构造体，有无发生突涌水的可能。
2.1. 掘进掌子超前探水的测线布置
掘进掌子面场强测点布置，应根据掘进掌子面的大小，将掘进掌子面划分为若干个区域，一般情况下，将掘进掌子面划分为9个区域，每个区域设定1个测点，如图1所示。
2.2.
沿已开挖隧道边墙纵向进行测点布置时，分别在拱顶、两侧边墙上各布置一条测线。从掘进掌子面开始，向已开挖方向(背离掘进掌子面方向)，每间隔1 m一5 m设置一个测点，测点数不少于12个，如图2示。
3 红外线超前探水法的判据
3．1 根据掘进掌子面场强差异进行超前探水的判据
通过对比分析掌子面各测点的场强，判定掘进掌子面是否存在含水构造体。根据以往测试经验，判译标准一般设定为：当掘进掌子面测点中最大场强和最小场强的能量差大于等于10 W，crn2，可判定前方存在含水构造体，否则不存在含水体构造。
3．2 根据隧道走向与场强曲线进行超前探水的判据
建立各测点的场强(y轴)与测点到掘进掌子面的距离( 轴)的函数关系，并绘制出函数图形，根据函数图形特征进行超前探水预报。如果函数图形为一水平直线，表明掌子面前方不存在含水构造，见图3(a)。
如果函数图形为一斜线，表明掌子面前方存在具有含水构造的可能性，需要进一步探测，见图3(b)。
如果函数图形开始部分存在阶跃突变，后部为水平或斜线，表明掌子面前方存在含水构造，见图3(c)。
4. 工程实例
4.1. 工程概况
宜万铁路XXX隧道斜井全长1845 m，高差232 m；斜井穿越的地层有炭质页岩、炭质灰岩和燧屑岩，岩溶发育，地下水丰富。隧道掘进过程中可能出现突水涌泥现象，为了保证隧道施工安全，规避隧道地质风险，施工过程中采用综合超前地质预报技术对掘进工作面前方的地质进行预测。
4.2. 测线布置
采用HY一303型红外线探水仪进行探水，沿隧道走向共布置3条侧线，其中左右两侧边墙距离隧道底部3 m各布置1条，拱顶布置1条，测点间距为1 m。
4．3 数据分析
从图4可以看到，XDK1+305掘进掌子面测点中最大场强和最小场强的能量差为17>10 I删ycHl2，可判定前方可能存在含水构造体。掌子面中部的场强高于上部和下部的场强，且中部有侧的场强最高。初步推断出水点可能出现在掌子面中部右侧。
从图5可以看到。XDK1+250～+295的场强，随掘进掌子面的推进减小，符合红外线超前探水判读图3(b)，可以推断前方可能存在含水构造体；XDK1+295～+305的场强趋于稳定，符合红外线超前探水判读图3(C)，可以推断掌子面前方肯定存在含水构造体。
4.4 预报结果与揭露情况对照
由于红外线探水仪无法探测含水体的距离，所以在XDK1+305掌子面采用地质雷达进行含水体具体位置的探测。通过地质雷达探测进一步确定在XDK1+317～+318距离隧道底部大约4．3 m，右侧隧道开挖轮廓线大约2．7 m处，存在一出水点。斜井开挖到XDK1+316．5，掘进掌子面右侧局部渗水。在进行下一循环的开挖时，爆破炮眼开凿过程中，右侧2炮眼分别钻进到XDK1+317．5，和XDK1+318．2处出现淌水。爆破后。掌子面里程为XDK1+318．7，在距离隧道底部大约4.1131。右侧隧道开挖轮廓线存在大约3．5 m处，存在一25 cm×30 cm的出水点，涌水量达4 000～5 000 m3／d。
5 结束语
红外线探水法能够有效地进行隧道施工的超前探水的定性预报，结合其它地质预报手段，超前探水预报结果和实际开挖揭露的情况一致性较好，地下水探测预报的准确性较高。
参考文献：
[1] 刘永平，程文楷，矿用红外测温技术的研究及其应用[J]，煤炭科学技术，1996，24(7)，
[2] 王璞，高九华，红外测温技术在煤矿中的应用[J]．煤炭科学技术，2000，28(8)
