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隧道施工地质调查

在了解日韩隧道地质调查进展之前,我先介绍一下隧道开挖地质调查工作的总体情况。 一般来说,所做的就是收集现有材料。 政府调查的数据保存在日本国土调查院等机构。 还有大学持有的材料。 使用收集到的材料,将绘制隧道挖掘区域的粗略地质图(平面图和横截面)。 根据地质图,我们进行地面调查(见图),即实地考察相关区域,调查地表和沉积物。

 


*地面勘测场景

如果您创建地质平面图,则可以自动创建横截面视图,但这只是临时图表。 为了使这一点更加准确,我们将进行“钻孔调查”和“弹性波勘探”。 获得的数据将按每个层制成表格。 如果我们将其应用到日本已建成的数千条隧道的数据模式中,我们将能够确定地层具有什么样的地层结构,以及如何挖掘适合该地层的隧道。 JR、钢铁建设公司、日本高速公路公司、建设部和电力公司等公司都有这些模式,并且每个公司都有基于自己的数据的自己的模式。 隧道施工完全是一个“经验工程”,一旦通过勘察确定了某个值,就根据经验规则确定适用于该值的施工方法。

 

决定隧道路线之前的地质调查称为“研究调查”。 最初之所以称为物理勘探,是因为它采用物理方法覆盖范围广,多采用弹性波勘探、电法勘探等方法。 地球物理勘探是对表面的调查,而钻孔是对点的调查。 弹性波勘探涉及在要研究的地质地层的某一点产生振动波,例如通过爆炸火药,并使用另一点的接收器捕获从地质边界反弹到地面的振动。通过观察速度和模式来了解地层状态。 炸药经常被用作弹性波的震中。 弹性波与地层硬度成正比;地层越硬,波传播越快,振幅越小。 反之,如果地层较软,则振幅较大,波传播缓慢。

 
振动波从不同硬度的地层表面反射。 即使在同一地层​​中,根据形成过程的不同,地层的硬度也会有所不同。 如果不同地层的硬度相同,则它们之间的界面不会产生反射。 如果有毛病,自然也会从那里反映出来。 “水文调查”调查地质构造内水的运动。 对于物理勘探,我们将使用一种称为电勘探的方法。 如果将地球表面的一点作为正极,另一点作为负极,然后在地下通电,电流的波形会根据地下的水而变化。 这使我们能够看到水储存在哪里以及哪里有地下水脉。 在山区开挖隧道时,地下经常存在积水,容易引发水浸事故。 因此,将在整个山上进行电力测量,以检查是否有水。 电极将像针鼠一样布满整座山。 一旦我们知道哪里可能有积水,我们就可以通过钻孔来确认。

 


*陆地上的无聊调查

钻孔测量的位置(见图)是从那些被认为有必要创建地层横截面视图的位置中选择的。

在某些情况下,并不清楚暴露在地表的地层以什么角度进入地球,并且可能存在未暴露在地表的断层。 断层是由于地震等地壳运动造成的地层断裂。 仅通过测量地表无法确定断层所在位置。 隧道施工中最大的问题是水和断层。 做一些无聊的事情来找出它在哪里。 在海洋中的研究不能像在陆地上那样步行进行。
 
因此,我们首先进行声波探测。 震中位于研究船后方,振动波接收器漂浮在其后方。 水下爆炸产生的振动波被反射回海底和海底地层。 这使我们能够像在陆地上一样调查地下结构。 典型的声源包括电信号和喷射加压气体的方法(水枪)。 记录从每个边界反弹的信号,当应用于过去的模式时,可以确定近似的结构。 疏浚与此同时进行。
 
这包括将直径约 50 厘米、长约 3 m 的钢筒放入海底,并用船拖动它以收集表面岩石样本。 对与声波测量相同的区域执行此操作。 这些测试在对马海峡约 500 个地点进行。 此外,我们还在存在异常或断层的区域进行海洋钻探。 钻孔调查(全岩心钻孔)涉及用空心管挖掘地下并提取该位置的地层样本。 该样本称为“核心”。 当钻探油井或温泉时,你所要做的就是打到目标油层或温泉,但在地质调查的情况下,目标是在过程中收集岩心,所以你必须小心挖掘。 旋转管道的末端是一个覆盖着工业金刚石的刀片。 所以如果挖500m,最多可以获得500m的核心。 一般情况下,取芯挖3m。 核心的平均直径为7.5厘米。首先使用一根粗管子,随着管道的前进,管子变得越来越细,因此核心逐渐变细。


*海底钻探
 


*装载在船上的镗芯

就海洋而言,将使用专门进行钻孔的研究船(见图)。 当时日本拥有一艘名为“东海打捞”号的船,但在调查对马海峡日韩隧道后被报废。 在海上,四根电线从研究船上延伸出来,一个称为锚环的巨大重物埋在海底,以防止船只向前、向后、向左或向右移动。 当我在对马岛海岸附近的韩国水域钻探时,水流太快,以至于我的一根电线断了。 最困难的是处理垂直波动。
 

因此,安装在船上的钻孔机被设计成能够承受垂直运动。
 
它有一个强大的弹簧,可以吸收垂直运动。 在对马岛近海,花了40天时间在海底150m深的地方挖掘了500m。 这个天数与陆地上的天数大致相同。 收集数据并创建地质图后,将根据其选择隧道路线。 从技术上来说,地形、地质和施工方法都是问题。 如果出现断层或洪水,施工就会变得困难,成本也会相应增加,所以路线选择尽可能穿过稳定的地层。 但实际上,行政条件也是需要考虑的。

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