[发明专利]一种未开挖条件下高地温隧道原岩温度的预测方法

摘要

本发明提供了一种未开挖条件下高地温隧道原岩温度的预测方法，该预测方法利用地质演化形成的高程不同地表温度不同、地层岩石的地温梯度和不同点岩体温度差的导热作用，在两个自主研发公式协助下比较准确的计算出高地温隧道相应范围内各测点的原岩温度，解决了以往方法的预测不准确问题，通过原岩温度分布图可以提前采取热害防治措施，达到了作业人员的劳动卫生要求，为高地温隧道热害治理和科学施工提供技术支持，保障了高地温隧道安全快速施工。

主权项

1.一种未开挖条件下高地温隧道原岩温度的预测方法，该预测方法使用到公式1和公式2且公式1和公式2均已录入计算机计算程序中，该预测方法还利用了谷地地理信息系统，将谷地地理信息系统简称为X系统，其中公式2就是X系统与高地温隧道施工图对比调整误差而建立的数学模型公式，给定高地温隧道的长度为Lkm；公式1是：αi＝(Ti‑T恒)/(Hi‑H恒)；在公式1中：Hi是测温点之深度m，αi是在Hi深度时的岩石温度梯度℃/m，Ti是在Hi深度时所测岩温℃，T恒是恒温带岩温℃，H恒是恒温带深度m；；公式2是：T＝T0+α'Laz+(α‑α')[z‑h(t)+az(D‑z)]；在公式2中，T是未开挖条件下高地温隧道计算点的原岩温度℃，T₀是高地温隧道相应海拔高度上当地的地表面温度℃，α'是高地温隧道当地的地表面温度梯度℃/m，L是未开挖条件下高地温隧道计算点的山体抬升高度m，α是初始状态下岩石温度梯度℃/m，z是未开挖条件下高地温隧道计算点的埋深m，h(t)是地形修正参数,t是高地温隧道区域内的地质演化时间s，k是高地温隧道区域内的温度扩散系数m²/s，D是未开挖条件下高地温隧道的最大埋深m；其特征是：第一步，先利用地质钻机在未开挖的高地温隧道上方按Jm的采样间距配钻数个钻孔点，采样间距J控制在800～1200m，各钻孔点的孔径范围控制在φ89～93mm且各钻孔点按1、2、3…i的自然顺序进行分别标记，各钻孔点的孔深依据高地温隧道至地表垂直高度而定，各钻孔点完成后应及时清除孔内残余岩屑并均需放置24小时以上；第二步，从各钻孔点的恒温带深度开始往下每隔Ym选取一个测温点,Y大于等于100m,对于每一个钻孔点而言由于其隧道上方的深度不同并在Ym的限制下其对应的测温点设置数目是各不相同的，每个所述测温点均采用T型热电偶测量其孔内岩温且连续观测d天，d不小于9天，每天不少于观测3次并记录所测岩温；第三步，若第i个钻孔点具有n个所述测温点，n为自然整整数，则第i个钻孔点的第n个所述测温点在Hi深度时就可以得到数个所测岩温，将数个所测岩温存入计算机，计算机通过加权平均即可求得在Hi深度时的平均所测岩温Ti，计算机录有X系统并可查出第i个钻孔点的恒温带岩温T恒和恒温带深度H恒，最后计算机通过公式1即可得到第i个钻孔点的第n个所述测温点在Hi深度时的岩石温度梯度αi；同理根据上述方式可以得到第i个钻孔点在其它所述测温点和不同深度时的岩石温度梯度，对于第i个钻孔点而言由于具有n个所述测温点，这标志在第i个钻孔点也具有n个岩石温度梯度，通过计算机将n个岩石温度梯度加权平均即可求得在第i个钻孔点对应的初始状态下岩石温度梯度α；同理，再根据上述方式可以得到其它钻孔点相对应的初始状态下岩石温度梯度α，每一个钻孔点均对应一个初始状态下岩石温度梯度α，这些数值不同的初始状态下岩石温度梯度α在钻孔点按1、2、3…i的自然顺序和采样间距Jm下进行排列就形成系列初始状态下岩石温度梯度；第四步，依据X系统能够分别获得高地温隧道在Lkm范围内各钻孔点按采样间距Jm所对应的T0、α'、L、a、h(t)、z和D的一组地形参数，再依据高地温隧道地质演化年代获得k、t的地质演化参数，将所述地形参数和所述地质演化参数按序存入计算机并与各钻孔点相对应，将第三步最后形成的系列初始状态下岩石温度梯度分别带入公式2中，计算机通过运算就能分别得出在未开挖条件下高地温隧道各钻孔点的原岩温度T；第五步，将第四步得出的未开挖条件下高地温隧道各钻孔点的原岩温度T再通过计算机并按各钻孔点自然顺序和采样间距Jm下进行排列绘制，即可得到未开挖条件下高地温隧道的原岩温度分布图，该原岩温度分布图为未开挖条件下高地温隧道的科学施工提供依据。