上看，隧道正前方10~42m范圍內，圍巖相對較好；隧道正前方42~50m范 圍內巖溶裂隙發育，局部區域充水充泥。因此，開挖快到40m時，應注意加強各種防護措施。
[0081] ②激發極化超前地質探測
[0082] 激發極化超前地質探測主要采集視電阻率、半衰時差等參數。根據實驗數據研宄 可知，激發極化半衰時之差數據包絡線的正值部分與坐標軸之間包絡面積隨著水量增加而 增加，且二者之間具有良好的線性關系。
[0083] 根據瞬變電磁的探測結果，在K13+240處開展了一次直流電流激發極化法超前地 質探測，探測采用定點源三極法測量方式，因場地有限，只能在左邊墻布置測線，測線距地 面I. 3m，采用的儀器為激發極化時差儀，主要通過現場操作采集視電阻率、半衰時之差等數 據。
[0084] 探測到的激發極化半衰時之差數據結果顯示，在K13+221-K13+217范圍內圍巖呈 電阻率較低，在半衰時之差曲線圖中存在正值部分，且其包絡面積為IOOm · s，是前期探測 包絡面積的20倍左右，因此推斷掌子面前方上述范圍內發育裂隙等導水構造，存在含水體 或富水區域。通過前期實時監測得到涌水量數據，根據此次和前期包絡面積的比值，推測此 次涌水量大約為30m3/h。
[0085] 步驟七、涌水量的動態監測
[0086] 在隧道掌子面上使用鉆機打通含水構造，設置排水管，并在排水管末端位置安裝 流量計，對涌水量進行動態監測，根據監測數據掌子面平均涌水量約為26m3/h。
[0087] 步驟八、基于涌水量預估和動態監測的反坡排水方案調整
[0088] 已知掌子面施工用水量為20~30m3/d，由于不同施工作業用水量不同，按最大用 水量計算為每小時用水速率約為2. 3m3/h ;另外根據實時監測所獲得的涌水量為26m3/h，故 排水總要求為28. 3m3/h，小于常用水泵最大負荷300m3/h。調整水泵抽水設定，由原來的水 泵恒定功率抽水持續作業改為分時抽水作業。集水井容量為18m3,預留3m3安全容量，計算 可得每集水〇. 53h，集水量為15m3,水泵功率為300m3/h，只需0. 05h即可抽水15m3,故設定 每隔0. 5h，水泵自動抽水3min，采用分時抽水技術實現水泵自動伺服抽水。
[0089] 根據對隧道排水管涌水量的實時監測，監測數據包括涌水量及涌水量變化速率， 推斷掌子面前方導水構造為大范圍含水裂隙，總水量約為20000m3以上，繼續采用分時抽水 方案，共排水49天，平均涌水量為650m3/d，平均排水量為680m3/d，共排水33280m 3。順利的 完成了排水工作，保證了隧道各部分的正常施工，為規避施工安全風險，提供了強有力的技 術保證。
[0090] 上述雖然結合附圖對本發明的【具體實施方式】進行了描述，但并非對本發明保護范 圍的限制，所屬領域技術人員應該明白，在本發明的技術方案的基礎上，本領域技術人員不 需要付出創造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發明的保護范圍以內。
【主權項】
1. 一種基于涌水量預估與動態監測的隧道反坡排水設計方法，其特征是：包括以下步 驟： (1) 進行實地地質勘查，了解隧道所處地段的地質條件，通過初勘資料進行各段落的涌 水風險評估； (2) 基于功率最小化優化對隧道全段涌水量估算，采用功率最小優化方法進行泵站的 分級計算，選取最佳的水泵功率； (3) 根據計算的最佳水泵功率設置泵站功率，保證各級泵站的功率設置與隧道實際出 水量對應，設置反坡排水方案； (4) 采用TEM瞬變電磁法和激發極化法對隧道該含水段落含水區進行精確定位，并對 含水量進行預估； (5) 實時動態監測隧道掌子面的涌水量，根據涌水量及涌水量變化速率，結合預估的含 水量，對反坡排水設置進行調整。2. 如權利要求1所述的一種基于涌水量預估與動態監測的隧道反坡排水設計方法，其 特征是：所述步驟（2)中，采用功率最小優化公式進行泵站分級與最優功率計算，優化公式 如⑴所示： G = XX (ffz/X) Xw(ffz/X) XTXf^XXf2(WzA) G - min 式中：Wz為排水總功率；X為分級數；n為單位做功花費；f2為水泵單價;W為水泵功 率損耗；T為反坡施工時間。3. 如權利要求1所述的一種基于涌水量預估與動態監測的隧道反坡排水設計方法，其 特征是：所述步驟（3)中，反坡排水方案包括泵站分級、水泵選擇、管路安置和供電設置。4. 如權利要求1所述的一種基于涌水量預估與動態監測的隧道反坡排水設計方法，其 特征是：所述步驟（3)中，每一級泵站的功率W i+1設置應在其下一級泵站功率Wi+2的基礎上， 相應增加該泵站與其上一級泵站功率為W i間的隧道已施工段落出水的排出能力。5. 如權利要求1所述的一種基于涌水量預估與動態監測的隧道反坡排水設計方法，其 特征是：所述步驟（3)中，采用機械排水，設置多級泵站接力排水；施工工作面積水采用移 動式潛水泵抽至就近泵站或利用中心檢查井做臨時積水坑內。6. 如權利要求1所述的一種基于涌水量預估與動態監測的隧道反坡排水設計方法，其 特征是：所述步驟（4)中，采用瞬變電磁技術能夠對掌子面前方第一設定范圍內含水區的 位置進行定位，采用激發極化技術在掌子面前方第二設定范圍內定位含水區位置并預估涌 水量。7. 如權利要求1所述的一種基于涌水量預估與動態監測的隧道反坡排水設計方法，其 特征是：所述步驟（4)中，第一設定范圍為60米內，第二設定范圍為30米內。8. 如權利要求1所述的一種基于涌水量預估與動態監測的隧道反坡排水設計方法，其 特征是：所述步驟（5)中，在隧道掌子面上使用鉆機打通含水構造，設置排水管，并在排水 管末端位置安裝流量計。9. 如權利要求1所述的一種基于涌水量預估與動態監測的隧道反坡排水設計方法，其 特征是：所述步驟（5)中，當涌水量小于水泵最大負荷，采用分時抽水技術實現伺服抽水功 能；當涌水量大于水泵最大負荷，啟動備用水泵進行抽排水；當涌水量大于泵站最大負荷， 則就近調集水泵進行抽排水。10.如權利要求1所述的一種基于涌水量預估與動態監測的隧道反坡排水設計方法， 其特征是：所述步驟（5)中，采用增級泵站技術，當隧道兩級泵站之間任意位置出現突涌水 時，采用增級泵站方法進行排水，避免涌水在重力的作用下流入下級泵站。
【專利摘要】本發明公開了一種基于涌水量預估與動態監測的隧道反坡排水設計方法，包括以下步驟：進行實地地質勘查，了解隧道所處地段的地質條件，通過初勘資料進行各段落的涌水風險評估；基于功率最小化優化對隧道全段涌水量估算，采用功率最小優化方法進行泵站的分級計算，選取最佳的水泵功率；根據最佳水泵功率設置泵站功率，保證各級泵站的功率設置與隧道實際出水量對應，設置反坡排水方案；采用TEM瞬變電磁法和激發極化法對隧道該含水段落含水區進行精確定位，并對含水量進行預估，實時動態監測隧道掌子面的涌水量，根據涌水量及涌水量變化速率，結合預估的含水量，對反坡排水設置進行調整。對開挖掌子面前方含水區位置做精確定位，并能較精確預估涌水量。
【IPC分類】E21F16/02
【公開號】CN104948226
【申請號】CN201510273721
【發明人】周建芳, 帥文斌, 丁小平, 李方東, 楊丙昌, 劉立新, 孫偉亮, 李占先, 黨雙寶, 梁秋彥, 韓利儒, 于偉, 李建國, 周萬福
【申請人】中鐵十四局集團第五工程有限公司
【公開日】2015年9月30日
【申請日】2015年5月26日