一种预防隧道突泥突水的方法及温度测量装置与流程

1.本发明涉及隧道建设技术领域，具体涉及一种预防隧道突泥突水的方法及温度测量装置。


背景技术：

2.随着我国国民经济的迅速发展及其对我国公路、铁路建设高速发展,隧道建设的大方向发展已成为趋势。高地温隧道、寒区隧道大量新建,隧道穿越的地质条件更加复杂，遇到大型的暗河、充水岩溶溶洞及溶管等含水体等，极易发生岩溶涌水灾害。其不仅影响施工安全和进度，员工的健康得不到保障、机械效率降低、严重时甚至会导致工程事故，造成财产损失及人员伤亡等重大事故。
3.目前通常用于预报隧道突泥突水的方法有:地质分析法、钻孔探水法、电磁波探测法、岩体温度法、地震波反射法、红外探测仪法、瞬变电磁法等。由于隧道环境复杂和其方法本身存在多解性，从而预报效果不理想。近年来,用测量掌子面温度变化预报掌子面前方水体的方法被提出并逐渐运用于生产实践。该方法因简捷、实效实时性强受到现场的欢迎。每当掌子面前方发生突水突泥，则随开挖接近前方水体掌子面温度会逐渐降低，可以通过跟踪测量掌子面岩石温度预报前方突水突泥。基于此，本技术提出一种基于隧道掌子面岩石温度的隧道突泥突水预警方法。


技术实现要素：

4.一方面，为了解决现有技术的问题，本发明提供了一种预防隧道突泥突水的方法，所述方法包括如下步骤：
5.步骤1、在隧道内的围岩上开钻测温孔；
6.步骤2、获取测温孔内的岩石温度测量值b；
7.步骤3、对比所述岩石温度测量值b与岩体温度正常值a，根据比对结果是否超过设定阈值判断发生隧道突泥突水的可能性，从而进行隧道突泥突水预警，具体为：
8.若岩石温度测量值b+判断因子m大于岩体温度正常值a，则隧道富水情况正常，继续测量岩石温度值b；
9.若岩石温度测量值b+判断因子m小于等于岩体温度正常值a，则存在发生突水突泥的可能。
10.进一步地，所述岩体温度正常值a为地温梯度理论下岩体温度正常均值。
11.进一步地，所述岩体温度正常均值的计算方法为：
12.t
pr
＝ts+g
loc
*d+δt
yopo
13.其中，ts—隧道内该点正上方地面点的温度；
14.d—隧道在该点处的埋深；
15.g
loc
—地温梯度；
16.δt
topo
—隧道内该点正上方地面点三维地形效应。
17.进一步地，所述判断因子m＝5。
18.进一步地，所述岩石温度值b为测温孔内多个点的温度值的平均值。
19.另一方面，本发明提供了一种温度测量装置，所述装置包括：
20.测量管件，所述测量管件上设置有温度探测元件和压力探测元件；
21.所述温度探测元件和所述压力探测元件分别用于测量孔内的岩石温度和水压；
22.显示器，所述显示器内置控制器和存储器；
23.所述显示器和所述存储器均与所述控制器连接，所述控制器与所述压力探测元件和所述温度探测元件连接。
24.进一步地，所述测量管件包括：多个依次连接的连接管；
25.每个所述连接管管壁上均设置有所述温度探测元件和所述压力探测元件，末端的所述连接管的外端设置有所述温度探测元件和所述压力探测元件。
26.进一步地，所述连接管管壁/所述连接管的端部均设置有凹槽，所述凹槽内设置有弹簧；
27.所述弹簧的一端与所述连接管内壁连接，所述弹簧的另一端连接有弹片，所述弹片表面设置有所述温度探测元件和所述压力探测元件。
28.进一步地，所述弹片为聚四氟乙烯弹片。
29.进一步地，所述连接管的一侧均设置有刻度线。
30.本发明的有益效果：
31.通过在临近掌子面开孔，测量孔内的降温变化率，以及测量孔内的水压，结合温度观测数据的正常场，通过对比实际观测到降温变化率是否偏离正常场一定幅度，依次确定前方是否发会生突水突泥的事故。
32.通过设置的可拆卸结构的管件，能够测量不同深度的岩石温度，适用范围更，管件采用若干个管件连接，可以灵活缩短或加长，便于在隧道内展布和收放，通过设置的温度探测元件和压力探测元件可以同时测得得测温孔内多个温度点，为围岩温度梯度提供详细数据，通过设置的弹簧可使得温度探测元件和压力探测元件与围岩紧密贴合保证了精确的测量温度，另外隔热保温结构使得测量数据更加准确，且埋设施工步骤简单，能够实现快速安装和有效测量温度。
附图说明
33.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
34.图1是本发明提供的管件立体结构示意图；
35.图2是本发明提供的侧面结构示意图；
36.图3是本发明提供的探测元件连接结构示意图；
37.图4是本发明提供的测温流程示意图。
38.附图标记：1为测量管件，2为温度探测元件，3为压力探测元件，4为弹片，5为刻度线，6为弹簧，7为渗压计数据线，8为热敏电阻数据线，9为数据传输线槽。
具体实施方式
39.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
40.参见图1至图3，本发明提供了一种温度测量装置，所述装置包括：
41.测量管件1，所述测量管件1上设置有温度探测元件2和压力探测元件3；
42.所述温度探测元件2和所述压力探测元件3分别用于探测测量孔内的岩石温度和水压；
43.显示器，所述显示器内置控制器和存储器；
44.所述显示器和所述存储器均与所述控制器连接，所述控制器与所述压力探测元件3和所述温度探测元件2连接；其中，控制器和存储器可安装在测量管件内部，亦可与显示器整体设置在外部；
45.控制器用于将温度探测元件和压力探测元件检测的信号转述成数字和图像展示在显示屏上，同时将接收到的信息存储在存储器内。
46.在一些实施例中，所述测量管件1包括：多个依次连接的连接管；
47.每个所述连接管上均设置有所述温度探测元件2和所述压力探测元件3，末端的所述连接管的外端设置有所述温度探测元件2和所述压力探测元件3。
48.其中，连接管单管的长度为1m，两连接管之间通过螺纹双向旋转接头实现连接，连接管的材质选用铝锂合金。
49.管螺纹接头主要起连接作用、双向旋转接头可以增强管道系统的灵活性和可靠性，操作简单和提高使用安全性。
50.在一些实施例中，所述连接管管壁/所述连接管的端部均设置有凹槽，所述凹槽将所述连接管的管壁穿透，所述凹槽内设置有弹簧6；
51.所述弹簧6的一端与所述连接管内壁连接，所述弹簧6的另一端连接有弹片4，所述弹片4表面固定连接有所述温度探测元件2和所述压力探测元件3。
52.其中，温度探测元件为铂金属热敏电阻，压力探测元件为渗压计，铂金属热敏电阻元件具有精度高、结构简单、小体积、重量轻，易于安装和使用，能够提供非常准确的温度测量结果。
53.铂金属热敏电阻通过热敏电阻数据线8与控制器连接，渗压计通过渗压计数据线7与渗压计连接，为了方便管件内部的数据线走线，在连接管的内壁上设置有数据线传输线槽9。
54.弹簧可保证铂金属热敏电阻与围岩紧密贴合，使铂金属热敏电阻测量温度更加精确。
55.在一些实施例中，所述弹片4为聚四氟乙烯(ptfe)弹片4。
56.其中，弹片采用导热性差材料聚四氟乙烯(ptfe)制作，用以安装和固定渗压计和铂金属热敏电阻，避免使用导热性较好的材料，因导热性会直接影响铂金属热敏电阻测量值的准确性。
57.在一些实施例中，所述连接管的一侧均设置有刻度线5。
58.其中，刻度线的作用时便于查看测量管件伸入到测温孔内的深度，从而便于精确测量不同深度的岩石温度，刻度线的最小刻度为l毫米。
59.参见图4，本方明提供了一种预防隧道突泥突水的方法，所述方法包括如下步骤：
60.步骤1、在隧道内的围岩上开钻测温孔；
61.步骤2、获取测温孔内的岩石温度值b；
62.通过将测量管件深入测温孔内，(其中，测温孔的直径大于管件的直径，可保证测量管件在进入测温孔内时，铂金属热敏电阻和渗压计不会与岩石剐蹭)直至测量管件端部的铂金属热敏电阻和渗压计与测温孔的底部接触，然后操作测量管件使得所有的铂金属热敏电阻和渗压计与测温孔内部接触，然后用隔热保温材料酚醛泡沫封堵测温孔的洞口(避免测温孔外部的温度与内部的温度差异造成测量的结果不准确)；
63.步骤3、若岩石温度测量值b+判断因子m大于岩体温度正常值a，则隧道富水情况正常，继续测量岩石温度值b；
64.若岩石温度测量值b+判断因子m小于等于岩体温度正常值a，则存在发生突水突泥的可能，则可判定岩石降温变化率属于剧增，存在发生突水突泥的事件。
65.其中，m＝5，根据监测数据的统计和分析，温度突然骤降5℃可以预报突泥突水；小于5℃有少量水不会威胁施工安全，另外，岩石温度值b为测温孔内多个点的温度值的平均值，岩体温度正常值a为地温梯度理论下岩体温度正常均值；
66.所述岩体温度正常均值为：
67.t
pr
＝ts+g
lot
*d+δt
topo
68.式中，ts——隧道内该点正上方地面点的温度(℃)；
69.d——隧道在该点处的埋深(m)；
70.g
loc
——地温梯度(℃/m)；
71.δt
topo
——隧道内该点正上方地面点三维地形效应(℃)。
72.另外，本发明是通过判断岩体实测温度与岩体理论温度的差值来预报前方突水突泥等危害，测量的压力数据是便于协助判断隧道前方突水突泥等危害，根据工程地质情况、水文地质情况、相关经验和标准所对应围岩水压力阈值，如果所测水压力值超过围岩水压力阈值可以判断隧道前方突水突泥的风险，在实际过程中不做数值的运用计算。
73.以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种隧道突泥突水的预警方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：步骤1、在隧道内的围岩上开钻测温孔；步骤2、获取测温孔内的岩石温度测量值b；步骤3、对比所述岩石温度测量值b与岩体温度正常值a，根据比对结果是否超过设定阈值判断发生隧道突泥突水的可能性，从而进行隧道突泥突水预警，具体为：若岩石温度测量值b+判断因子m大于岩体温度正常值a，则隧道富水情况正常，继续测量岩石温度值b；若岩石温度测量值b+判断因子m小于等于岩体温度正常值a，则存在发生突水突泥的可能。2.根据权利要求1所述的一种预防隧道突泥突水的方法，其特征在于，所述岩体温度正常值a为地温梯度理论下岩体温度正常均值。3.根据权利要求2所述的一种预防隧道突泥突水的方法，其特征在于，所述岩体温度正常均值的计算方法为：t
pr
＝t
s
+g
loc
*d+δt
topo
其中，t
s
—隧道内该点正上方地面点的温度；d—隧道在该点处的埋深；g
loc
—地温梯度；δt
topo
—隧道内该点正上方地面点三维地形效应。4.根据权利要求1所述的一种预防隧道突泥突水的方法，其特征在于，所述判断因子m＝5。5.根据权利要求1所述的一种预防隧道突泥突水的方法，其特征在于，所述岩石温度值b为测温孔内多个点的温度值的平均值。6.一种温度测量装置，其特征在于，用于测量孔内岩石温度，所述装置包括：测量管件，所述测量管件上设置有温度探测元件和压力探测元件；所述温度探测元件和所述压力探测元件分别用于测量孔内的岩石温度和水压；显示器，所述显示器内置控制器和存储器；所述显示器和所述存储器均与所述控制器连接，所述控制器与所述压力探测元件和所述温度探测元件连接。7.根据权利要求6所述的一种温度测量装置，其特征在于，所述测量管件包括：多个依次连接的连接管；每个所述连接管管壁上均设置有所述温度探测元件和所述压力探测元件，末端的所述连接管的外端设置有所述温度探测元件和所述压力探测元件。8.根据权利要求7所述的一种温度测量装置，其特征在于，所述连接管管壁/所述连接管的端部均设置有凹槽，所述凹槽内设置有弹簧；所述弹簧的一端与所述连接管内壁连接，所述弹簧的另一端连接有弹片，所述弹片表面设置有所述温度探测元件和所述压力探测元件。9.根据权利要求8所述的一种温度测量装置，其特征在于，所述弹片为聚四氟乙烯弹片。10.根据权利要求8所述的一种温度测量装置，其特征在于，所述连接管的一侧均设置
有刻度线。

技术总结
本发明公开了一种预防隧道突泥突水的方法及温度测量装置，属于隧道建设技术领域，所述方法包括如下步骤：步骤1、在隧道内的围岩上开钻测温孔；步骤2、获取测温孔内的岩石温度测量值B；步骤3、对比所述岩石温度测量值B与岩体温度正常值A，根据比对结果是否超过设定阈值判断发生隧道突泥突水的可能性，从而进行隧道突泥突水预警。通过设置的可拆卸结构的管件，能够测量不同深度的岩石温度，适用范围更，管件采用若干个管件连接，可以灵活缩短或加长，便于在隧道内展布和收放，通过设置的温度探测元件和压力探测元件可以同时测得得测温孔内多个温度点，为围岩温度梯度提供详细数据。为围岩温度梯度提供详细数据。为围岩温度梯度提供详细数据。


技术研发人员：宋战平 熊启森 吴新栋 刘鹤冰 代久生 岳波 王新刚 张玉印 李钢 张栋 刘金山 许彦旭 张玉伟 刘乃飞
受保护的技术使用者：中国铁建昆仑投资集团有限公司
技术研发日：2023.05.17
技术公布日：2023/8/14