張彥宇

摘要：本文選取位于漳平市南洋鄉(xiāng)梧溪村內(nèi)九鵬溪斜井隧道作為研究對(duì)象，采用紅外探水儀對(duì)其隧道斷面和掌子面進(jìn)行了超前地質(zhì)預(yù)報(bào)探測(cè)，并根據(jù)紅外探水儀對(duì)斷面和掌子面測(cè)試數(shù)據(jù)的分析，對(duì)隧道當(dāng)前的地質(zhì)狀況進(jìn)行有效預(yù)判，對(duì)隧道的后期工程有較好的開(kāi)展指導(dǎo)作用。

關(guān)鍵詞：紅外探水;隧道;超前地質(zhì)預(yù)報(bào);九鵬溪斜井

中圖分類號(hào)：TP334.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2020）03-0270-02

1 紅外超前探水原理

利用紅外線探測(cè)隱伏含水構(gòu)造，首先是由于水體本身的熱導(dǎo)性質(zhì)決定的。水的熱導(dǎo)率比所有巖石的熱導(dǎo)率低，對(duì)地下近似水平的開(kāi)挖空間來(lái)說(shuō)，如果存在一個(gè)含水構(gòu)造，這個(gè)含水構(gòu)造中的水體，不論是與隧道周?chē)鷮泳植课话l(fā)生水力聯(lián)系，由于水自身的熱導(dǎo)率很低，都很難被巖溫同化[1-3]。就其比熱來(lái)說(shuō)，所有巖石的比熱值均比水低，這說(shuō)明任何一種地質(zhì)體的熱容量都沒(méi)有水體大，水體能夠最大限度地儲(chǔ)存冷溫和熱溫。又因?yàn)樗臒釘U(kuò)散率比所有巖石的熱擴(kuò)散率都低。因此，從外部空間地層通過(guò)構(gòu)造運(yùn)移到采掘水平的隱伏水體，能夠最大限度地保持原來(lái)所在空間的水溫，所以隱伏水體和巖溫總是存在明顯的溫差。地溫場(chǎng)理論指出地溫場(chǎng)是一恒定值[3-4]，當(dāng)開(kāi)挖周?chē)臻g出現(xiàn)含水構(gòu)造時(shí)，正常溫度場(chǎng)將會(huì)迭加上含水構(gòu)造的背景場(chǎng)，從而使正常地溫場(chǎng)發(fā)生畸變，另也說(shuō)明紅外波段長(zhǎng)的能量也要跟著發(fā)化口]。根據(jù)斯蒂芬一波爾茲曼定律：介質(zhì)所輻射的紅外波段的能量和被測(cè)目標(biāo)溫度之間將發(fā)生顯著變化。因而利用紅外線探水技術(shù)，可以尋找到開(kāi)挖隧道圍巖的隱伏含水體[6-8]。

2 隧道及地質(zhì)概況

隧道選擇是九鵬溪斜井，位于漳平市南洋鄉(xiāng)梧溪村內(nèi)，是九鵬溪隧道的輔助坑道，洞口地勢(shì)平坦，多為林地，有山路相通，交通較為便利，全長(zhǎng)1039m，坡率為7.86%，位于線路前進(jìn)方向右側(cè)，與線路相交與DK179+040，與線路小里程方向平面夾角為120度。九鵬溪隧道出口段，表層零星分布有Qel+dl粉質(zhì)粘土，褐黃色，硬塑，厚1-3m;粗角礫土：紫紅色，密實(shí)、稍濕、礫徑2-5cm，分布于隧道出口表層。下伏全。弱風(fēng)化T3d粉砂巖，褐黃色、紫紅色、青灰色。強(qiáng)風(fēng)化呈土狀，厚約1.2-7.2m;強(qiáng)風(fēng)化呈碎塊狀，巖體破碎，厚15-35m;以下為弱風(fēng)化。

3 斷面和掌子面探測(cè)方法

3.1 進(jìn)入隧道后首先布置探測(cè)順序號(hào)

（1）探測(cè)目的：目的之一確定掘進(jìn)前方30米范圍內(nèi)有無(wú)隱伏含水構(gòu)造或溶洞。目的之二是確定掘進(jìn)隧道外圍空間30米范圍有無(wú)隱蔽水體或含水?dāng)鄬雍腿芏?。?shí)現(xiàn)上述兩個(gè)目的是通過(guò)N條探測(cè)線和掌子面探測(cè)數(shù)據(jù)的差值來(lái)完成的。這N條探測(cè)線的名稱分別是：左邊墻腳探測(cè)線、左邊墻探測(cè)線、拱頂探測(cè)線、右邊墻探測(cè)線、右邊墻腳探測(cè)線、底板中線探測(cè)線等等。

（2）布置探測(cè)斷面號(hào)的方法：如以掌子面為起點(diǎn)，向隧道后方每隔5米在一個(gè)邊墻上標(biāo)出探測(cè)斷面號(hào)，總共標(biāo)12個(gè)號(hào)。繪制紅外探測(cè)圖時(shí)，首端表示的是001號(hào)斷面，尾端表示的是12號(hào)斷面。微機(jī)成圖時(shí)，是把001號(hào)斷面的數(shù)據(jù)放在左端，12號(hào)點(diǎn)的數(shù)據(jù)放在右端，相對(duì)繪成的探測(cè)曲線而言，首端表示的場(chǎng)強(qiáng)是01號(hào)點(diǎn)位，尾端表示的場(chǎng)強(qiáng)是12號(hào)點(diǎn)位。（12號(hào)點(diǎn)標(biāo)在靠近掌子面的邊墻上，距底板約半人高即可。）

3.2 沿隧道走向進(jìn)行紅外探測(cè)

操作人員依次站在隧道中央每個(gè)斷面號(hào)旁，分別對(duì)N個(gè)不同空間部位進(jìn)行探測(cè)，并把探測(cè)值儲(chǔ)存起來(lái)。然后走到下一個(gè)斷面號(hào)，進(jìn)行同樣的操作。具體做法如下：

（1）正式探測(cè)前應(yīng)把儀器的設(shè)置搞好，具體做法是接通儀器電源，在主菜單進(jìn)入信息項(xiàng)檢查核對(duì)日期和時(shí)間。另一方面是在主菜單進(jìn)入設(shè)置項(xiàng)來(lái)選擇是否開(kāi)激光。當(dāng)隧道中光線好時(shí)，可以只要激光器開(kāi)。

（2）在完成上述工作后，就可進(jìn)入正式探測(cè)了。此時(shí)操作者應(yīng)站到001號(hào)斷面號(hào)旁的隧道中央，按在主菜單進(jìn)入斷面測(cè)量，液晶屏由主菜單轉(zhuǎn)入測(cè)量畫(huà)面。

3.3 探掌子面

探掌子面的目的是為了確定掘進(jìn)前方有無(wú)含水?dāng)鄬?、破碎帶、巖溶發(fā)育段。探掌子面的探點(diǎn)布置如圖2，即在掌子面上水平方向布4條線，每條線上布6個(gè)探點(diǎn)。

4 測(cè)試數(shù)據(jù)分析

4.1 斷面測(cè)試數(shù)據(jù)分析

斷面數(shù)據(jù)分析說(shuō)明：1、表中前和尾的X極差數(shù)據(jù)，已接近和超出安全值lOum/cm2，表示右墻、底板含水體區(qū)域明顯。2、Y極差雖然沒(méi)有超安全值，但極差也偏大（斷面測(cè)試時(shí)人背對(duì)掌子面）

（2）斷面測(cè)試數(shù)據(jù)曲線圖

4.2 掌子面測(cè)試數(shù)據(jù)分析

（1）掌子面測(cè)試數(shù)據(jù)表

掌子面數(shù)據(jù)分析說(shuō)明：掌子面數(shù)據(jù)與右墻、底板數(shù)值接近（掌子面測(cè)試時(shí)，人正對(duì)掌子面）

（2）掌子面測(cè)試數(shù)據(jù)曲線圖

5 結(jié)論

通過(guò)以上數(shù)據(jù)分析及曲線圖顯示，右墻、底板含水體區(qū)域明顯。也符合了與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)體查看一致，掌子面、底板明顯有水流動(dòng)，右墻濕潤(rùn)。因此，經(jīng)過(guò)測(cè)試，對(duì)該隧道的處理時(shí)應(yīng)該對(duì)右墻側(cè)面注意做好防護(hù);掌子面往前開(kāi)挖，重點(diǎn)提醒右墻側(cè)面慎防發(fā)生透水。

參考文獻(xiàn)：

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