吳江華

摘要：隧道施工期間發(fā)生隧道水害情況較為常見，特別是在我國巖溶地質(zhì)區(qū)域，實施隧道施工時，發(fā)生水害的可能性極大，使施工安全受到極大的考驗，還會為施工帶來嚴重的經(jīng)濟損失。文章在多年工作實踐的基礎(chǔ)上，介紹了幾種在隧道施工期間進行水害預(yù)報的方法。

關(guān)鍵詞：高風(fēng)險隧道施工期；水害預(yù)報方法；水文地質(zhì)法；地質(zhì)雷達法；瞬變電磁法；紅外控水法 文獻標識碼：A

中圖分類號：P641 文章編號：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，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。我國很多隧道施工中都會發(fā)生突水和突泥情況。本次研究為大家講解對水害預(yù)報的方法，包括水文地質(zhì)法、地質(zhì)雷達法、瞬變電磁法及紅外控水法，通過這些方法，實現(xiàn)對高風(fēng)險隧道施工期的水害預(yù)報，實現(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，對巖溶地區(qū)地下水儲水和徑流進行分析，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，對含水層非均烏蘭浩特性有更深的了解，通過水均衡與水動力場等分析方法，對補徑排路徑進行確定，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：我國北方對馬家溝灰?guī)r與霧迷山白云巖這兩種強巖含水層就已經(jīng)確定，發(fā)現(xiàn)巖溶的發(fā)育會受到隔水頂、底板等因素控制。

2 地質(zhì)雷達法

地質(zhì)雷達對于水有著非常敏感的特點，可有效完成地下水的查找，也是現(xiàn)階段對水害預(yù)報應(yīng)用的最佳方法。通過隧道襯砌背后對含水裂隙進行檢測，有著極佳的探查效果。例如：美國西南軍用鐵路施工就應(yīng)用了地質(zhì)雷達對施工期水害進行超前的預(yù)報。地質(zhì)雷達法對水害預(yù)報的效果較為理想，不過受到探查距離限制，它所能探查的范圍只達到30m，對數(shù)據(jù)的處理與資料的分析也存在很多問題。而且，地質(zhì)雷達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)報位置與預(yù)報精度發(fā)生偏離。雷達探查是由天線朝巖體進行高頻電磁波信號的發(fā)射，在巖體中介質(zhì)由于常數(shù)不同使雷達波可以由接收天線完成接收工作。雷達工作基礎(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)用雷達對水害進行探查具有極強的敏感性。地下水可以當作高電導(dǎo)介質(zhì)，應(yīng)用雷達探查時，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激發(fā)，通過不接地回線朝地下進行發(fā)射，通過地下介質(zhì)的感應(yīng)二次場發(fā)現(xiàn)變化。例如：日本就曾以MT法，對掌子面低電阻層進行探查，不過MT法的定量精度不高，通過煙圈效應(yīng)，利用小場地加大發(fā)射深度，適合小掌子面對深度的探查，最大深度能達到40～60m。我國長安大學(xué)以瞬變電磁法于錦屏電站進行探洞試驗，試驗結(jié)果證明，瞬變電磁法能當作遠距離的探水方法，但是對探查方位和精度的計算需要進一步研究，如表1所示：

4 紅外控水法

紅外線控水法對控水具有輔助作用，按照施工處掌子面溫度對20m內(nèi)水體進行探查，通過紅外線能量的發(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)紅外線測定屬于正常場，如果前方有含水地質(zhì)結(jié)構(gòu)或含水，就可以使場強與正常場進行疊加，導(dǎo)致正常場發(fā)生畸變，通過這種方法，對掌子面前方地質(zhì)水構(gòu)造情況進行判斷。具體測試方法如下所示：

掌子面從上、中、下和左、中、右六條不同的測線進行交叉和測取，獲得9組數(shù)據(jù)，由9組數(shù)據(jù)差值，對水結(jié)構(gòu)進行判斷。掌子面可以朝洞口方向掘進，對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試，每隔3～5m就要測試取得1組數(shù)據(jù)，測試取數(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，以此來對掌子面前方是否存在水結(jié)構(gòu)進行判斷。一般情況下，對掌子面9組數(shù)據(jù)差值，最大不能超出10?w/cm2，可以準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，如果沒有上升或者下降，就可以判斷出無水。

紅外線探測時，可以對隧道整個空間進行全方位探測，而且紅外線探測儀的操作十分簡單，可以朝隧道外圍空間和30m范圍進行探測，在施工的間歇時間就要可以完成探測，不需要占用施工的時間。不過，紅外線探測的方法，只能對是否存在水結(jié)構(gòu)進行探測，卻無法具體探測出水量的大小、寬度、位置等。隧道施工期進行水害預(yù)報時，也可以對裂隙、溶洞等進行預(yù)報。

另外，應(yīng)用陸地聲納也能反映出小型的溶洞情況，以上對高風(fēng)險隧道施工期水害預(yù)報的方法要結(jié)合實際應(yīng)用，才能實現(xiàn)最理想的探測效果，使預(yù)報準確率得到有效的保證。

5 結(jié)語

綜上所述，本文通過對水文地質(zhì)法、地質(zhì)雷達法、瞬變電磁法及紅外控水法等探測方法的總結(jié)，對每種預(yù)報方法的優(yōu)勢與劣勢進行分析，從地質(zhì)角度全面分析了高風(fēng)險隧道施工期水害預(yù)報的方法選擇，由巖溶地區(qū)實現(xiàn)地下水儲水和徑流通道等環(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。通過對隧道水害預(yù)報方法的進一步細化，以此建立起有效水害預(yù)報，建立起有效的預(yù)警機制與防范方法，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）