一种地下工程富水破碎地层的预警施工方法与流程

本公开涉及地下工程领域，特别涉及一种地下工程富水破碎地层的预警施工方法。

背景技术：

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术，并不必然构成现有技术。

随着地下工程建设的不断发展，对于部分地区的工程建设难度也在不断增加，地下工程建设面临着地质复杂、环境复杂、灾害频发等严峻挑战。其中，地下工程富水破碎地层是主要的地质灾害源之一，已发生重大突水突泥灾害。因此，工程建设横穿地下工程富水破碎地层时，如何准确判定与决策是否具有施工条件、灾害是否发生、能够安全通过，成为突涌水灾害防控与地下工程安全建设的关键。

发明人发现，目前，对于富水破碎地层中地质灾害的预防与控制主要依赖于地质预报与风险评估；其中，地质预报往往采用一种探测技术，无法对不良地质灾害源的位置和规模进行准确探测，尤其是富水地层储水量方面，难以进行估算。风险评估方面，由于对施工前方信息探测不明，无法获得足够多的评判因素，且为考虑施工过程中风险的动态属性，难以实现地质灾害风险的的定量评价及动态评价。此外，对于突涌水灾害的预测预防难以有效实现灾害演化状态、发生未定的判定，导致灾害预警与防控措施难以做到有的放矢，难以保证地下工程富水破碎地层的安全施工。

技术实现要素：

本公开的目的是针对现有技术存在的缺陷，提供一种地下工程富水破碎地层的预警施工方法，通过超前预报、灾害风险评估和监测预警结果，综合考虑多因素影响下的风险评估结果，有效实现突涌水灾害量级、时间、位置的判断，并能够依此进行施工许可评判和决策，规避风险，保障工程安全建设。

为了实现上述目的，采用以下技术方案：

一种地下工程富水破碎地层的预警施工方法，包括以下步骤：

通过基于联合反演的综合预报，对不良地质进行预报和水量估算；

根据综合预报探测结果，结合施工动态信息的实时反馈，对地质灾害风险评估；

对工程岩体进行监测，确定最小安全厚度，并进行灾害预测预警；

基于综合预报、风险评估和预测预警结果，进行施工评判和决策。

进一步地，对于综合预报，先进行宏观地质分析与判识，判定不良地质灾害源类型，然后进行基于联合反演的渐进式综合预报。

进一步地，在综合预报过程中，通过大范围搜索、中范围定位、小范围探测，依托不同的探测方法，由远及近分阶段渐进进行综合预报。

进一步地，在风险评估前，通过综合预报获取地质信息，对地质灾害风险定量评估，并判定地址灾害的风险等级与灾害量级。

进一步地，在风险评估后，对于高风险地段，对不良地质灾害源与隧道临面空间之间的防突岩体，进行结构安全信息监测，建立态势预测模型，划分突水过程的演化阶段及发展状态，实现灾害预警与阶段判识。

进一步地，通过微震监测，判断防突岩体位置和突涌水通道位置，计算防突岩体最小安全厚度。

进一步地，根据风险评估、灾害预警和最小安全厚度，发布突涌水灾害的预警信息。

进一步地，进行施工评判时，综合考虑多因素影响下的风险评估结果，进行施工许可条件评判。

进一步地，若定施工无风险，则进行带水作业；若认定施工有风险，则对施工方案进行调整和优化，使施工过程与地下工程环境相适应。

进一步地，在认定施工有风险后，通过注浆封堵、引流泄压的方式进行风险规避。

与现有技术相比，本公开具有的优点和积极效果是：

(1)利用多种探测方法，由远及近分阶段渐进式联合反演综合预报技术，不再局限于一种方法探测，通过大范围搜索、中范围定位、小范围精准探测，由远及近，实现对地下工程中不良地质的精准预报以及水量估算，实现突涌水灾害量级的判定，提高不良地质预报的精度和水量估算的准确度，从而准确预报地下工程存在的不良地质灾害源；

(2)综合预报获取的地质信息结合施工动态信息的实时反馈，能够进行突涌水灾害风险因素的全面分析，从而实现地质灾害风险的动态定量化评估；

(3)基于地下工程多物理场信息演化规律，结合态势评估以及多元信息融合分析理论，建立相应的态势预测模型，能够实现突涌水灾害演化状态的判识；配合微震监测技术，实现灾害位置预测，从而实现对突涌水灾害量级、时间、位置的判断；

(4)综合利用超前地质预报、风险评估以及监测预警结果，考虑多因素影响下的风险评估结果，进行施工许可条件评判，对于不具有施工条件、难以安全通过的部分，通过施工方案的调整与优化，降低或规避灾害的风险等级，保障工程的安全建设。

附图说明

构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。

图1为本公开实施例1中预警决策方法的流程示意图；

图2为本公开实施例1中宏观地质分析与判识灾害源类型的示意图；

图3为本公开实施例1中综合预报进行远距离搜索的示意图；

图4为本公开实施例1中综合预报进行中距离定位的示意图；

图5为本公开实施例1中综合预报进行近距离精确探索的示意图；

图6为本公开实施例1中对高风险地段进行安全信息监测的示意图；

图7为本公开实施例1中划分突水过程的演化阶段及发展状态的示意图；

图8为本公开实施例1中岩体破裂位置微震监测的示意图；

图9为本公开实施例1中施工决策与调控方法的示意图。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步地说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；

为了方便叙述，本公开中如果出现“上”、“下”、“左”、“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用，仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开的限制。

正如背景技术中所介绍的，现有技术中对不良地质灾害源的位置和规模难以进行准确探测，对于富水地层难以进行有效的评判和风险评估，对于突涌水灾害的预测预防难以有效实现灾害演化状态、发生未定的判定，导致灾害预警与防控措施难以做到有的放矢，难以保证地下工程富水破碎地层的安全施工；针对上述问题，本公开提出了一种地下工程富水破碎地层的预警施工方法。

实施例1

本公开的一种典型的实施方式中，如图1-图9所示，提出了一种地下工程富水破碎地层的预警施工方法。

地下工程富水地层预警施工方法，对隧道前方进行相应的探测，综合考虑多因素下的风险评估结果，有效实现突涌水灾害量级、时间、位置的判断，依此进行施工需求评判和获取防灾决策方法，以实现富水破碎地层灾害的预防和控制，保证地下工程富水破碎地层的安全施工。

(1)采用联合反演的综合预报技术，实现不良地质准确预报与水量估算。

先进行宏观地质分析与判识。如图2所示，根据地下工程所处区域的工程地质与水文地质条件，如岩溶与构造带等不良地质赋存发育与空间分布特征、地下水循环模式与径流补给条件等，结合综合探测分析结果，判定不良地质灾害源类型，是节理裂隙型、断层破碎型，还是溶洞溶腔型。

采用基于联合反演的三阶段渐进式综合预报技术，实现不良地质准确预报与水量估算。

如图3-图5所示，首先通过地震波法(tsp、trt等)探测远距离120m范围内断层破碎带的规模和位置，然后采用瞬变电磁法识别中距离60m范围内水体的位置及其是否含水，最后采用激发极化法探明30m范围内水体位置和水量大小；由远及近，准确预报地下工程存在的不良地质灾害源；

当然，可以理解的是，对于各个阶段中的探测方法可以根据实际操作进行合理选择，本实施例中公开的探测方法并非唯一可行的探测方法，在实际操作时，也可以选择其他的探测方法，只要能够准确获取所需的数据和结果即可；

利用多种探测方法，由远及近分阶段渐进式联合反演综合预报技术，不再局限于一种方法探测，通过大范围搜索、中范围定位、小范围精准探测，由远及近，实现对地下工程中不良地质的精准预报以及水量估算，实现突涌水灾害量级的判定，提高不良地质预报的精度和水量估算的准确度，从而准确预报地下工程存在的不良地质灾害源。

(2)基于超前地质预报探测结果，对地下工程灾害进行风险评估与规避。

基于综合超前地质预报探测结果，考虑岩性、围岩条件、灾害源与地下工程的空间位置关系、水量、水压等因素，结合施工动态信息的实时反馈，构建突涌水地质灾害风险评价指标体系及其分级标准，如表1所示。

采用属性区间、模糊数学等风险评估方法，建立相应的风险评价模型，进行地质灾害风险定量评估，判定地质灾害的风险等级与灾害量级。

表1突涌水灾害风险评价指标体系与分级标准

综合预报获取的地质信息结合施工动态信息的实时反馈，能够进行突涌水灾害风险因素的全面分析，从而实现地质灾害风险的动态定量化评估。

(3)对工程岩体进行多场信息监测、灾害预测预警与最小安全厚度确定。

如图6所示，针对高风险地段，对不良地质灾害源与隧道临空面之间的防突岩土体，进行结构安全信息监测。

如图7所示，通过态势评估以及多元信息融合分析理论，基于防突结构应力、位移、渗压等信息的演化规律，建立态势预测模型，划分突水过程的演化阶段及发展状态，实现灾害预测与阶段判识。

如图8所示，通过微震监测技术，对防突岩体破裂位置以及突水通道进行精准判断，从而实现突涌水通道定位(灾害位置预测)。

根据岩体裂纹的几何特征及地应力、水压力、动荷载等受力状态，基于岩体压剪破坏判据，判定防突岩体是否会发生破坏，计算确定防突岩体最小安全厚度，并根据突涌水灾害量级预测、时间预测、位置预测结果及当前岩土体厚度与最小安全厚度的关系，进行突涌水灾害的预警信息发布。

(4)基于预报、风险评估以及监测预警结果，进行施工许可评判与决策。

基于超前地质预报、灾害风险评估以及监测预警结果，综合考虑多因素影响下的风险评估结果，进行施工许可条件评判，判定与决策是否具有施工条件、能够安全通过，进而通过施工方案调整与优化，降低或规避灾害的风险等级。

如图9所示，如果认定施工无风险，则采取“带水作业”等方案；如果认定施工有风险，则对施工方案进行相应的调整与优化，采取与施工过程及其状态相适应的最佳控制模式决策方法，如“注浆封堵”、“引流泄压”等方式，规避风险，保障工程安全建设。

以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。