高原复杂艰险山区地热异常隧道工程地温测试及预测方法技术

本发明专利技术为一种高原复杂艰险山区地热异常隧道工程地温测试及预测方法，解决了现有技术中复杂艰险山区地热异常隧道工程地温测试难度大、地温预测误差大的问题，有效提升了隧道高地温预测的精度。本发明专利技术的步骤包括：对受地热异常影响的隧道工程布置立体勘探，开展随钻分层立体测温，获取三维测温数据；对地温数据进行曲线拟合，计算了垂向和水平向地温梯度；对地温梯度进行了分类、分层处理；建立了恒温层温度随高程变化的公式；提出了恒温层深度建议值；应用提出的分层地温计算公式对隧道地温进行了预测。

【技术实现步骤摘要】
高原复杂艰险山区地热异常隧道工程地温测试及预测方法
：本专利技术属于深埋隧道高温测试及评估领域，涉及一种隧道工程地温测试方法，尤其是涉及一种高原复杂艰险山区地热异常隧道工程地温测试及预测方法。
技术介绍
：针对高原复杂艰险山区地热异常区深孔地温测试及隧道工程深部地温预测方法，目前存在以下问题：1.高原复杂艰险山区海拔高、高差大、山体陡峻，特别是受地热影响的地区，勘探难度大，勘探孔的海拔高程一般都在3000m以上，部分在4000以上，长大段落深孔无法实施，测温数据不易获取。2.高原复杂艰险山区地温计算参数差别巨大，尤其是恒温层温度、恒温层深度、地温梯度，地形、地貌、海拔、深部地热都对这些参数有巨大影响，难以准确获取合理的参数。3.高原复杂艰险山区一般隧道长、埋深差别大，采用相同的参数计算隧道洞身地温往往会引起很大的误差，造成埋深大隧道地温高的误区，无法体现出地热异常对地温的影响。因此，高原复杂艰险山区深埋隧道存在勘探难度大、地温数据获取难、地温预测参数差别巨大以及深埋隧道地温预测误差大的问题。
技术实现思路
：本专利技术的目的在于提供一种高原复杂艰险山区地热异常隧道工程地温测试及预测方法，解决了现有技术中复杂艰险山区地热异常隧道工程地温测试难度大、地温预测误差大的问题，有效提升了隧道高地温预测的精度。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种高原复杂艰险山区地热异常隧道工程地温测试及预测方法，其特征在于：包括如下步骤：S1,地热异常区隧道工程地温数据的获取：开展立体化勘探工作，选择热敏电阻对隧道工程周边的垂直深孔及水平深孔进行分层随钻测温及地温监测，获取钻孔在施钻过程中以及完成后不同深度不同时间的测温数据；S2，测温数据的处理：分别对垂直孔测温数据和水平孔测温数据进行预处理；S3,地温预测参数确定：根据地温数据及其他数据确定地温预测的主要参数。S4，将上述处理获取的地温数据及参数带入构建的地温预测模型，进行隧道地温预测。S1步骤中，地热异常区隧道工程地温数据的获取包括如下步骤：S1a1,根据研究区地形地貌特，布置测试钻孔，采用十字交叉法布置，沿隧道线位及垂直线路均布置测试钻孔，包括垂直孔及水平孔；S1a2，对垂直孔，施钻过程中每50～200m进行一次测温，获取垂直深度的地温数据及变化特征；S1a3，对水平孔，施钻过程中每100～200m进行一次测温，获取水平方向的地温数据及变化特征；S1a4，钻孔施钻完成后，对孔底温度大于28℃或者地温梯度3℃/100m为地温异常孔开展1个月的地温监测。S2步骤中，垂直孔测温数据的处理包括如下步骤：S2a1,绘制垂向孔地温随深度变化曲线，地温预测公式拟合，计算单孔的垂向地温梯度；S2a2，统计单孔恒温层温度及深度，地下水位，第四系层厚度，基岩类型，钻孔所处位置；S2a3,统计不同位置的垂向地温梯度。S2步骤中，水平孔测温数据的预处理包括如下步骤：S2b1,绘制水平孔地温随深度变化曲线，判断地热异常区范围，提取单次水平孔测温的孔底地温，依据多次测试结果计算单孔的水平地温梯度；S2b2，利用水平孔测温结果及埋深反算垂向地温梯度。S3步骤中，计算参数确定包括如下步骤：S3a1,根据统计的单孔恒温层温度以及收集的气象资料平均温度拟合温度与高程的关系，计算不同高程的恒温层温度；根据地表恒温温度(TH)与海拔(Z0)的关系图，拟合地表恒温层温度计算公式：TH＝-0.0039Z0+21.331式1S3a2,根据统计的单孔恒温层深度统计不同海拔不同位置恒温层深度建议值；S3a3,对垂向地温梯度有突变的钻孔进行地温梯度分层，确定存在地热影响以上地温梯度，无地热影响确定地下水活跃以上地温梯度，以及受地热影响的地温梯度；S3a4,对无钻孔分布的地段利用水平孔地温梯度及附近垂直孔地温梯度计算结果反算其垂向地温梯度。S4步骤中，隧道地温预测包括如下步骤：S4a1,确定隧道工程计算点的埋深与地形地貌位置；S4a2,根据地形地貌、海拔高程确定计算点的恒温层深度、恒温层温度；S4a3，根据实测结果，插值计算隧道工程计算点的地温梯度；S4a4，带入地热异常区确定的地温预测公式进行隧道地温预测，隧道地温预测公式如下，根据计算点高程、埋深、地形，带入地热影响异常区地温预测公式进行隧道地温预测：T＝TH+(HW-H0)·GW+(Z-HW)·G式2TH---恒温层温度HW---存在地热影响取地温梯度突变深度，无地热影响取地下水活跃深度。H0---恒温层深度。GW---存在地热影响以上地温梯度，无地热影响取地下水活跃以上地温梯度。Z---隧道埋深。G---地下水活跃带以下地温梯度，受地热影响地温梯度。与现有技术相比，本专利技术具有的优点和效果如下：1、本专利技术首次提出了立体勘探以及测温，首次获取了水平孔测温数据及地温梯度，分析了地温及地温梯度的变化规律，通过建立考虑恒温层温度、恒温层深度、地温梯度变化的分层隧道地温预测公式，解决了复杂艰险山区深埋隧道地温预测误差大的问题，有效提升了隧道高地温预测的精度。2、本专利技术提出的深埋地下工程立体化勘探以及分层测温工作，保证了测温数据的精度。3、本专利技术在地温计算过程中考虑了恒温层温度、深度、地温梯度等参数随地形、地貌、高程、埋深变化，保正了地温预测的整体精度。附图说明：图1是本专利技术提出的一种高原复杂艰险山区地热异常区深孔地温测试及隧道工程深部地温预测方法的步骤流程图；图2是本专利技术提出的一种垂直深孔分层测温成果图；图3是本专利技术提出的一种水平深孔分层测温成果图。具体实施方式：下面结合具体实施方式对本专利技术进行详细的说明。这些实施例是用于说明本专利技术而不限于本专利技术的范围。本专利技术为一种高原复杂艰险山区地热异常区深孔地温测试及隧道工程深部地温预测方法，对受地热影响的深埋地下工程采取立体化勘探，开展分层测温，综合分析测温数据，建立考虑恒温层温度、恒温层深度、地温梯度变化的分层隧道地温预测公式，开展深埋隧道地温预测。包括如下步骤：S1,地热异常区隧道工程地温数据的获取：开展立体化勘探工作，选择热敏电阻对隧道工程周边的垂直深孔及水平深孔进行分层随钻测温及地温监测工作，获取钻孔在施钻过程中以及完成后不同深度不同时间的测温数据。S1步骤中，地热异常区隧道工程地温数据的获取：S1a1,根据研究区地形地貌特，布置测试钻孔，采用十字交叉法布置，沿隧道线位及垂直线路均布置测试钻孔，包括垂直孔及水平孔。S1a2，对垂直孔，施钻过程中每50～200m进行一次测温，获取垂直深度的地温数据及变化特征；S1a3，对水平孔，施钻过程中每100～200m进行一次测温，获取水平方向的地温数据及变化特征；...

【技术保护点】
1.一种高原复杂艰险山区地热异常隧道工程地温测试及预测方法，其特征在于：包括如下步骤：/nS1,地热异常区隧道工程地温数据的获取：开展立体化勘探工作，选择热敏电阻对隧道工程周边的垂直深孔及水平深孔进行分层随钻测温及地温监测，获取钻孔在施钻过程中以及完成后不同深度不同时间的测温数据；/nS2，测温数据的处理：分别对垂直孔测温数据和水平孔测温数据进行预处理；/nS3,地温预测参数确定：根据地温数据及其他数据确定地温预测的主要参数。/nS4，将上述处理获取的地温数据及参数带入构建的地温预测模型，进行隧道地温预测。/n

【技术特征摘要】
1.一种高原复杂艰险山区地热异常隧道工程地温测试及预测方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1,地热异常区隧道工程地温数据的获取：开展立体化勘探工作，选择热敏电阻对隧道工程周边的垂直深孔及水平深孔进行分层随钻测温及地温监测，获取钻孔在施钻过程中以及完成后不同深度不同时间的测温数据；
S2，测温数据的处理：分别对垂直孔测温数据和水平孔测温数据进行预处理；
S3,地温预测参数确定：根据地温数据及其他数据确定地温预测的主要参数。
S4，将上述处理获取的地温数据及参数带入构建的地温预测模型，进行隧道地温预测。


2.根据权利要求1所述的高原复杂艰险山区地热异常隧道工程地温测试及预测方法，其特征在于：
S1步骤中，地热异常区隧道工程地温数据的获取包括如下步骤：
S1a1,根据研究区地形地貌特，布置测试钻孔，采用十字交叉法布置，沿隧道线位及垂直线路均布置测试钻孔，包括垂直孔及水平孔；
S1a2，对垂直孔，施钻过程中每50～200m进行一次测温，获取垂直深度的地温数据及变化特征；
S1a3，对水平孔，施钻过程中每100～200m进行一次测温，获取水平方向的地温数据及变化特征；
S1a4，钻孔施钻完成后，对孔底温度大于28℃或者地温梯度3℃/100m为地温异常孔开展1个月的地温监测。


3.根据权利要求1所述的高原复杂艰险山区地热异常隧道工程地温测试及预测方法，其特征在于：
S2步骤中，垂直孔测温数据的处理包括如下步骤：
S2a1,绘制垂向孔地温随深度变化曲线，地温预测公式拟合，计算单孔的垂向地温梯度；
S2a2，统计单孔恒温层温度及深度，地下水位，第四系层厚度，基岩类型，钻孔所处位置；
S2a3,统计不同位置的垂向地温梯度。


4.根据权利要求1所述的高原复杂艰险山区地热异常隧道工程地温测试及预测方法，其特征在于：
S2步骤中，水平孔测温数据的预处理包括如下步骤：
S2b1,绘制水平孔地温随深度变化曲线，判断...

【专利技术属性】
技术研发人员：张晓宇，孟祥连，杜世回，黄勇，王生仁，黄凯，张文忠，苗晓岐，李俊青，常帅鹏，张玉玺，王杜江，罗峰，廖俊，陈兴强，周福军，王栋，周泉，梁树文，夏万云，贾琦，李其帅，杜庆者，
申请(专利权)人：中铁第一勘察设计院集团有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61