盾構施工中球狀孤石的探測方法
【專利摘要】本發明公開了一種盾構施工中球狀孤石的探測方法，要解決的技術問題是提高盾構區間球狀孤石的探測能力。本發明的方法包括以下步驟：用井中地質雷達采集到沿鉆孔深度方向的地質雷達回波信號，初步圈定球狀孤石可能存在的空間方位，在兩鉆孔之間采集電位差和電流，得到兩孔之間地層的真電阻率，將真電阻率繪制成等值線圖，圈定得出兩孔之間地層中球狀孤石的大小和分布情況。本發明與現有技術相比，利用井中地質雷達和跨孔超高密度電法，聯合探測盾構隧洞范圍內球狀孤石，能最大限度地探查隧洞范圍內球狀孤石的分布，同時還能減少鉆孔數量，探測成本較小，同時提高了復雜地層盾構區間發現球狀孤石的幾率，保證了盾構機的順利推進。
【專利說明】盾構施工中球狀孤石的探測方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種隧道施工的地質勘察方法，特別是一種探測盾構區間球狀孤石分布的方法。
【背景技術】
[0002]中、微風化花崗巖球狀孤石探測是地鐵盾構隧道施工建設亟待解決的關鍵問題。現有技術用于花崗巖球狀孤石探測的地質調查方法主要有鉆芯取樣和工程物探兩種。其中，鉆芯取樣方法最為直接，往往作為地鐵設計階段最主要的地質勘查手段。但鉆芯取樣只是“一孔之見”，僅能反映鉆孔及其周圍有限范圍內的球狀孤石分布，通過鉆芯取樣揭露球狀孤石的信息十分有限。
[0003]工程物探利用球狀孤石與圍巖介質之間的物性差異，如電阻率、磁化率、介電常數、彈性波速度等，來選擇合適的物探方法對球狀孤石進行探測。用地表觀測系統的二維電阻率層析成像和地震波反射能探測到盾構區間10?30米深度內的球狀孤石目標，但得到的數據質量受采集環境影響較大，從電阻率剖面與地震映像或疊加剖面上很難圈定球狀孤石的大小。地質雷達雖探測精度高，但其穿透能力有限。在富水地層中，IOOMHz的天線僅能穿透5?10米，遠未達到盾構區間10?30米的要求。地微動方法直接利用天然源來探測地層結構的S波速度，該方法能直觀顯示圍巖的縱、橫向變化，但其要求天然源為隨機源，在交通繁忙地段其適用能力受限，且其探測細粒徑球狀孤石的能力還需要進一步研究。
[0004]現有技術用于山嶺隧道地質超前探測的TSP、HSP和TRT地震散射成像方法，震源由炸藥或破巖振動產生，地震波接收需要在隧洞壁上鉆炸藥孔和檢波器埋設孔，對于盾構隧道管片襯砌一般不可取。在盾構機刀盤上安裝地質雷達天線，同濟大學做過類似實驗且取得了一些進展，但其真正實用還尚待時日，而且盾構機刀盤結構改造和地質雷達天線保護的結構依舊具有挑戰。在盾構機上安裝聲波軟土探測系統或聚焦電流激化極化裝置BEAM是國外盾構機常用的做法，這兩類方法能實時了解盾構前方地層情況，包括土或巖的強度、均質性以及其它物理特性，特別適合地下工程施工，但由于受國外技術出口限制、采取只租不賣的形式或價格特別昂貴的原因，因此在國內盾構施工現場使用并不常見。
[0005]城市的工程物探因受地表條件、金屬管線和居民/工業用電等的干擾，勘探精度大大降低。井中物探不但可以避開這些干擾因素，且人工或自然地球物理場更接近勘探目標體，測量數據能有效反映異常體信息，提高了原始數據的信噪比，反演更為準確，勘探精度高。廣州地鐵建設中針對球狀孤石探測問題，選用過多達10余種工程物探方法，先后在3號線和6號線二期工程多次開展球狀孤石工程物探方法試驗和專題研究，結果表明:瞬變電磁、地面地質雷達、地震映像等地面物探方法均達不到理想效果，但鉆孔物探優勢明顯，不同方法的效果也不盡相同。跨孔超高密度電法和跨孔地震CT雖然能取得較好效果，但其探測范圍只是二維剖面，三維探測成本高且技術還不成熟。
【發明內容】
[0006]本發明的目的是提供一種盾構施工中球狀孤石的探測方法，要解決的技術問題是提聞盾構區間球狀孤石的探測能力。
[0007]本發明采用以下技術方案:一種盾構施工中球狀孤石的探測方法，包括以下步驟:
[0008]一、在確定探測盾構隧道區域的上方，沿盾構隧道軸線，在既有地質補勘鉆孔里，用井中地質雷達對孔壁周圍地質情況進行探測，采集到沿鉆孔深度方向的地質雷達回波信號，對地質雷達回波信號做數據處理:零時調整、漂移處理與水平同相軸消除、時域濾波和增益處理，得到整個鉆孔深度、沿孔壁周向距離的以回波信號雙程走時為橫坐標，以距離地表深度為縱坐標的井中地質雷達反射剖面圖；
[0009]二、在地質雷達反射剖面圖中找出代表球狀孤石的弧狀反射信號線，拾取弧狀反射信號線中的弧狀的頂點的雙程走時t，根據地質補勘中測量的土壤孔隙率和含水飽和度，通過復折射系數(CRM)公式:
【權利要求】
1.一種盾構施工中球狀孤石的探測方法，包括以下步驟: 一、在確定探測盾構隧道區域的上方，沿盾構隧道軸線，在既有地質補勘鉆孔里，用井中地質雷達對孔壁周圍地質情況進行探測，采集到沿鉆孔深度方向的地質雷達回波信號，對地質雷達回波信號做數據處理:零時調整、漂移處理與水平同相軸消除、時域濾波和增益處理，得到整個鉆孔深度、沿孔壁周向距離的以回波信號雙程走時為橫坐標，以距離地表深度為縱坐標的井中地質雷達反射剖面圖； 二、在地質雷達反射剖面圖中找出代表球狀孤石的弧狀反射信號線，拾取弧狀反射信號線中的弧狀的頂點的雙程走時t，根據地質補勘中測量的土壤孔隙率和含水飽和度，通過復折射系數(CRIM)公式:
2.根據權利要求1所述的盾構施工中球狀孤石的探測方法，其特征在于:所述步驟一零時調整為將每道地質雷達回波信號具有最大振幅波形的起跳時間作為零時刻點； 所述漂移處理與水平同相軸消除為去除地質雷達回波信號中的直流漂移量和水平干擾:
3.根據權利要求2所述的盾構施工中球狀孤石的探測方法，其特征在于:所述步驟一井中地質雷達沿孔壁的探測半徑不小于3m，能分辨的球狀孤石粒徑不小于0.5m，井中地質雷達的竿狀天線的發射頻率不高于300MHz，時間采樣率不低于512，采樣窗口長不少于200ns。
4.根據權利要求3所述的盾構施工中球狀孤石的探測方法，其特征在于:所述步驟一用于井中地質雷達探測鉆孔的孔徑不小于90mm，孔底位于隧洞底板以下3~5m。
5.根據權利要求4所述的盾構施工中球狀孤石的探測方法，其特征在于:所述步驟一在富水砂層或泥漿難以護住孔壁的松軟地層環境中，將內徑不小于60mm聚氯乙烯(PVC)管插入孔中構成護壁。
6.根據權利要求1所述的盾構施工中球狀孤石的探測方法，其特征在于:所述步驟二在地質雷達反射剖面圖中無弧狀反射信號，進行下一個地質鉆孔探測，直至所有補勘鉆孔探測完成。
7.根據權利要求1所述的盾構施工中球狀孤石的探測方法，其特征在于:所述步驟三在一個孔地質雷達反射剖面上發現弧狀反射信號后，再根據該孔左右兩邊的孔的地質雷達反射剖面來確定在哪兩個孔中之間進行跨孔超高密度電法探測，或直接在與該孔相鄰的兩孔中進行跨孔超高密度電法探測。
8.根據權利要求1所述的盾構施工中球狀孤石的探測方法，其特征在于:所述步驟三對于地下水位較深，孔中最深和最淺兩處有效電極水位之間的距離D不滿足D > 2L時，L為兩孔之間的孔間距，需往鉆孔中注水至滿足該條件的水位。
9.根據權利要求1所述的盾構施工中球狀孤石的探測方法，其特征在于:所述步驟三在富水砂層或泥漿難以護壁的松軟地層環境中，采用透水無紡布包裹的開有3~8mm的小孔、孔間距不超過20cm的聚氯乙烯(PVC)管構成護壁。
10.根據權利要求1所述的盾構施工中球狀孤石的探測方法，其特征在于:所述步驟三不能圈定球狀孤石位置的情況，在兩孔連線的中間位置的兩側增加地質鉆孔，重復步驟一、步驟二、步驟三，若球狀孤石位于原有鉆孔與新增鉆孔的剖面上，探測完成； 若球狀孤石不位于原有鉆孔與新增鉆孔的剖面上，根據雷達反射三點定位方法確定球狀孤石在鉆孔構成的三角區域內的空間位置，再用地質鉆孔驗證。
【文檔編號】G01S13/08GK103913776SQ201410164382
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2014年4月23日 優先權日:2014年4月23日
【發明者】龍桂華, 江建, 蘇軍, 陳智斌, 劉鐵軍, 胡巍 申請人:深圳市市政工程總公司