[發明專利]一種隧道穿越大型巖溶空洞施工地質災害實時預測方法

有效

• 申請號: 201711331450.9
• 申請日: 2017-12-13
• 公開（公告）號: CN108104822B
• 公開（公告）日: 2019-06-07
• 發明（設計）人: 劉彥軍;耿彥生;肖劍;陳仕;初新云;祿苗苗;李寧;張海東;翟震;成丹
• 申請（專利權）人: 中冶交通建設集團有限公司;北方工業大學
• 主分類號: E21D9/00
• 分類號: E21D9/00
• 代理公司: 北京鴻元知識產權代理有限公司 11327
• 代理人: 李琳;張寧

本發明公開了一種隧道穿越大型巖溶空洞施工地質災害實時預測方法，包括以下步驟：S1在隧道開挖之前，利用激光掃描儀對大型巖溶空洞進行三維掃描，利用羅盤量測圍巖巖層與構造面產狀，得到圍巖裂隙、構造發育和分布情況；S2在隧道開挖過程中，采集大型巖溶空洞周圍的震源信息；S3根據巖石破裂震源信息，確定對應的微震事件信息以及地震波傳輸速度；S4修正、校準微震事件信息；S5判斷圍巖損傷情況，實時預測隧道穿越大型巖溶空洞施工引發的地質災害。本發明結合地質測繪分析與微震監測技術，對爆破等施工因素產生的大型巖溶空洞圍巖損傷情況進行實時監測，對可能危及施工安全的掉塊、坍塌等地質災害實時預測，保證施工安全。

技術領域

本發明涉及地質災害預報技術領域，具體地，涉及一種隧道穿越大型巖溶空洞施工地質災害實時預測方法。

背景技術

近些年，隨著我國基礎設施的大規模興建，出現了大量設計在巖溶區的公路、鐵路工程。由于綜合選線因素的限制，使得許多線路無法繞避巖溶發育的高大山區，致使出現了許多隧道工程不得不穿越大型巖溶空洞(含溶洞和暗河等大型巖溶空洞)的工況。

根據巖溶發育理論，溶洞、暗河等大型巖溶構造，均是在地質歷史上，以先期大型斷裂構造為基礎，經億萬年溶蝕而成。換言之，溶洞或暗河多是在大型構造交切部位，其洞壁巖石均是經歷擠壓、拉伸或剪切等多種構造破壞，并經流水溶蝕，在地殼內外應力的綜合作用下，達成相對的平衡穩定狀態。而隧道施工穿越大型巖溶空洞，一方面打破了溶洞圍巖的力學平衡，另一方面改變了溶洞內部的小氣候，加速了溶洞圍巖的劣化。而爆破等施工會活化既有節理或裂隙帶，產生掉塊或坍塌災害，對施工人員的生命安全造成嚴重威脅。因此，隧道穿越大型巖溶空洞施工易引起裂隙活化、圍巖損傷等缺陷，現有地質預報方法，通常以物探儀器進行超前預測，且未考慮施工因素可能引起的掉塊、坍塌等地質災害。

發明內容

鑒于以上問題，本發明的目的是提供一種隧道穿越大型巖溶空洞施工地質災害實時預測方法，基于地質測繪分析與微震監測技術，對因爆破等施工行為產生的溶洞洞壁圍巖損傷情況進行實時監測，對可能危及施工安全的掉塊、坍塌等地質災害實施預測預警。

為了實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

本發明所述隧道穿越大型巖溶空洞施工地質災害實時預測方法，包括以下步驟：

S1在隧道開挖之前，利用激光掃描儀對隧道穿越的大型巖溶空洞進行三維掃描，建立三維空間模型，明確大型巖溶空洞與隧道的相對位置，利用羅盤量測大型巖溶空洞的圍巖巖層與構造面產狀，分析所述大型巖溶空洞的地質構造信息，得到所述大型巖溶空洞的圍巖裂隙、構造發育與分布情況；

S2在隧道開挖過程中，在所述大型巖溶空洞的地表周圍和隧道洞內分別設置多個傳感器，采集所述大型巖溶空洞周圍的巖石破裂震源信息和隧道洞內的輔助震源信息；

S3根據所述巖石破裂震源信息，確定對應的微震事件信息以及所述微震事件信息對應的地震波傳輸速度；

S4根據不同方位、不同強度的所述輔助震源信息，結合所述大型巖溶空洞的圍巖裂隙和構造發育情況，得到地層優化的速度模型，用于修正、校準所述步驟S3中的地震波傳輸速度，進而修正、校準所述微震事件信息；

S5對所述微震事件信息進行聚類分析，將巖石裂隙隨時間和空間的開展趨勢在三維坐標系中顯示，并與隧道施工行為進行關聯分析，判斷所述大型巖溶空洞的巖體裂隙活化和圍巖損傷情況，從而實時預測隧道穿越大型巖溶空洞施工引發的地質災害。

優選地，所述隧道穿越大型巖溶空洞施工地質災害實時預測方法還包括步驟S6：根據所述步驟S3中得到的所述地震波傳輸速度，對所述大型巖溶空洞圍巖的波速場進行雙差成像處理，通過雙差成像的結果間接反映巖體內部應力分布狀態和圍巖損傷情況，結合所述大型巖溶空洞的構造發育情況，驗證所述步驟S5對地質災害的預測結果。