[发明专利]一种隧道穿越大型岩溶空洞施工地质灾害实时预测方法

说明书

本发明公开了一种隧道穿越大型岩溶空洞施工地质灾害实时预测方法，包括以下步骤：S1在隧道开挖之前，利用激光扫描仪对大型岩溶空洞进行三维扫描，利用罗盘量测围岩岩层与构造面产状，得到围岩裂隙、构造发育和分布情况；S2在隧道开挖过程中，采集大型岩溶空洞周围的震源信息；S3根据岩石破裂震源信息，确定对应的微震事件信息以及地震波传输速度；S4修正、校准微震事件信息；S5判断围岩损伤情况，实时预测隧道穿越大型岩溶空洞施工引发的地质灾害。本发明结合地质测绘分析与微震监测技术，对爆破等施工因素产生的大型岩溶空洞围岩损伤情况进行实时监测，对可能危及施工安全的掉块、坍塌等地质灾害实时预测，保证施工安全。

技术领域

本发明涉及地质灾害预报技术领域，具体地，涉及一种隧道穿越大型岩溶空洞施工地质灾害实时预测方法。

背景技术

近些年，随着我国基础设施的大规模兴建，出现了大量设计在岩溶区的公路、铁路工程。由于综合选线因素的限制，使得许多线路无法绕避岩溶发育的高大山区，致使出现了许多隧道工程不得不穿越大型岩溶空洞(含溶洞和暗河等大型岩溶空洞)的工况。

根据岩溶发育理论，溶洞、暗河等大型岩溶构造，均是在地质历史上，以先期大型断裂构造为基础，经亿万年溶蚀而成。换言之，溶洞或暗河多是在大型构造交切部位，其洞壁岩石均是经历挤压、拉伸或剪切等多种构造破坏，并经流水溶蚀，在地壳内外应力的综合作用下，达成相对的平衡稳定状态。而隧道施工穿越大型岩溶空洞，一方面打破了溶洞围岩的力学平衡，另一方面改变了溶洞内部的小气候，加速了溶洞围岩的劣化。而爆破等施工会活化既有节理或裂隙带，产生掉块或坍塌灾害，对施工人员的生命安全造成严重威胁。因此，隧道穿越大型岩溶空洞施工易引起裂隙活化、围岩损伤等缺陷，现有地质预报方法，通常以物探仪器进行超前预测，且未考虑施工因素可能引起的掉块、坍塌等地质灾害。

发明内容

鉴于以上问题，本发明的目的是提供一种隧道穿越大型岩溶空洞施工地质灾害实时预测方法，基于地质测绘分析与微震监测技术，对因爆破等施工行为产生的溶洞洞壁围岩损伤情况进行实时监测，对可能危及施工安全的掉块、坍塌等地质灾害实施预测预警。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明所述隧道穿越大型岩溶空洞施工地质灾害实时预测方法，包括以下步骤：

S1在隧道开挖之前，利用激光扫描仪对隧道穿越的大型岩溶空洞进行三维扫描，建立三维空间模型，明确大型岩溶空洞与隧道的相对位置，利用罗盘量测大型岩溶空洞的围岩岩层与构造面产状，分析所述大型岩溶空洞的地质构造信息，得到所述大型岩溶空洞的围岩裂隙、构造发育与分布情况；

S2在隧道开挖过程中，在所述大型岩溶空洞的地表周围和隧道洞内分别设置多个传感器，采集所述大型岩溶空洞周围的岩石破裂震源信息和隧道洞内的辅助震源信息；

S3根据所述岩石破裂震源信息，确定对应的微震事件信息以及所述微震事件信息对应的地震波传输速度；

S4根据不同方位、不同强度的所述辅助震源信息，结合所述大型岩溶空洞的围岩裂隙和构造发育情况，得到地层优化的速度模型，用于修正、校准所述步骤S3中的地震波传输速度，进而修正、校准所述微震事件信息；

S5对所述微震事件信息进行聚类分析，将岩石裂隙随时间和空间的开展趋势在三维坐标系中显示，并与隧道施工行为进行关联分析，判断所述大型岩溶空洞的岩体裂隙活化和围岩损伤情况，从而实时预测隧道穿越大型岩溶空洞施工引发的地质灾害。

优选地，所述隧道穿越大型岩溶空洞施工地质灾害实时预测方法还包括步骤S6：根据所述步骤S3中得到的所述地震波传输速度，对所述大型岩溶空洞围岩的波速场进行双差成像处理，通过双差成像的结果间接反映岩体内部应力分布状态和围岩损伤情况，结合所述大型岩溶空洞的构造发育情况，验证所述步骤S5对地质灾害的预测结果。