CN104932025B - 盾构隧道吊装孔破壁外伸式电磁波探地系统及其应用 - Google Patents
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Abstract
一种盾构隧道吊装孔破壁外伸式电磁波探地系统，该系统由外伸式电磁波发射探杆、外伸式电磁波接收探杆和钻孔地质雷达组成，所述的外伸式电磁波发射探杆和外伸式电磁波接收探杆分别与钻孔地质雷达的发射天线和接收天线连接。其应用是通过钻孔地质雷达对盾构隧道壁后注浆体进行层析扫描，然后通过数据分析和反演计算得出盾构隧道壁后注浆体的分布范围；结合现场施工参数及浆液性能，反馈调整后续各注浆管的注浆量及注浆压力，保证隧道的施工质量。本发明能很好地探明不同地层中盾构隧道的同步注浆效果，以反馈现场同步注浆的注浆量和注浆压力，使得盾构隧道同步注浆控制方法更加科学化。
Description
技术领域
本发明属于隧道及地下工程领域，涉及适用于评价盾构隧道同步注浆效果及反馈确定现场注浆量及注浆压力的装置，尤其是盾构隧道吊装孔破壁外伸式电磁波探地系统。
背景技术
盾构施工时管片与地层之间存在一定的空隙，为了防止地层变形、提高隧道的抗渗性、确保管片衬砌的早期稳定(外力均匀)，需要采取合理的注浆量和注浆压力进行同步注浆。目前对于注浆量的确定是以盾尾间隙为基础并结合地层、线路及掘进方式等考虑适当的饱满系数来确定，而注浆压力则考虑地层是否劈裂以及上覆土压力来确定，两者均对经验值依赖性较大；对于隧道壁后浆液的扩散范围以及土体的情况并不清楚。目前我国的盾构隧道施工在软土地区有较多的经验，在其他地层中的施工经验较少，因而在其他城市地层不同时，注浆量与注浆压力经验值的适用性必然有所下降。因此有必要对不同地层中盾构隧道壁后的浆液效果进行检测，从而调整现场的同步注浆施工参数。
目前现有的检测手段主要通过探地雷达设备对盾构隧道壁后注浆体进行全断面和纵向的探测，由于检测装置未伸入到注浆体中，其检测效果及精度较差。
基于上述问题，有必要设计一种盾构隧道吊装孔破壁外伸式电磁波探地系统，以探明盾构隧道壁后注浆效果，确定现场注浆参数，保证施工质量。
发明内容
本发明的目的在于针对不同地层中同步注浆浆液扩散情况及注浆效果不同的特性，提供一种盾构隧道吊装孔破壁外伸式电磁波探地系统及其应用。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种盾构隧道吊装孔破壁外伸式电磁波探地系统，该系统由外伸式电磁波发射探杆、外伸式电磁波接收探杆和钻孔地质雷达组成，所述的外伸式电磁波发射探杆和外伸式电磁波接收探杆分别与钻孔地质雷达的发射天线和接收天线连接。
进一步，所述外伸式电磁波发射探杆和外伸式电磁波接收探杆均根据探测范围组装而成，其内部分别内嵌有发射源和接收源以及传递线路；所述钻孔地质雷达通过发射天线和接收天线分别与外伸式电磁波发射探杆和外伸式电磁波接收探杆的线路接口连接，使得发射信号顺利传递至外伸式电磁波发射探杆中、接收信号由外伸式电磁波接收探杆顺利传回。
所述的外伸式电磁波发射探杆包括一节可与发射天线连接的初始发射杆，一节单端连接的终端发射杆，以及根据探测深度配置的若干节中间发射杆连接组成，发射杆内部都内嵌有电磁波发射源及信号传递线路，发射杆端头的连接为螺纹连接以保证整个外伸式电磁波发射探杆的电磁波信号传递的整体性，初始发射杆一端设有线路接口，终端发射杆一端闭合。
所述每节发射杆为长200mm、直径40mm的圆杆。
所述的外伸式电磁波接收探杆，包括一节可与接收天线连接的初始接收杆，一节单端连接的终端接收杆，以及根据探测深度配置的若干节中间接收杆连接组成，接收杆内部都内嵌有电磁波接收源及信号传递线路，接收杆端头的连接为螺纹连接，以保证整个外伸式电磁波接收探杆的电磁波信号传递的整体性，初始接收杆一端设有线路接口，终端接收杆一端闭合。
所述每节接收杆为长200mm、直径40mm的圆杆。
上述的盾构隧道吊装孔破壁外伸式电磁波探地系统的应用方法，包括以下步骤：测定现场同步注浆浆液初凝时间；根据现场同步注浆浆液的初凝时间确定需探测的管片位置；通过该环管片的吊装孔进行破壁钻孔；通过本发明的探地系统，即外伸式电磁波发射探杆、外伸式电磁波接收探杆和钻孔地质雷达进行钻孔地质雷达层析扫描；数据分析和反演计算得到注浆体分布范围；结合现场施工参数及浆液性能，反馈调整注浆量及注浆压力。
进一步，包括：
(1)利用砂浆凝结时间测定仪测定现场同步注浆浆液的初凝时间；
(2)根据现场测定得到的同步注浆浆液初凝时间，结合盾构掘进情况，得到壁后同步注浆浆液处于初凝状态的管片环号，该环即为需要探测的管片；
(3)通过该环盾构隧道管片吊装孔进行破壁钻孔，获得钻孔地质雷达的发射及接收钻孔位置；
(4)将钻孔地质雷达的发射天线与接收天线分别与外伸式电磁波发射探杆和外伸式电磁波接收探杆连接，并将外伸式电磁波发射探杆和外伸式电磁波接收探杆分别放置于相邻的两钻孔中，通过钻孔地质雷达对盾构隧道壁后注浆体进行层析扫描；
外伸式电磁波发射探杆同一位置的发射源发射特定频率的电磁波，外伸式电磁波接收探杆不同位置的接收源接收该发射源发射的电磁波，可得到一系列的射线，记为一次扫描，则外伸式电磁波发射探杆所有位置发射源的扫描记为该钻孔区间内的所有扫描，则所有钻孔区间内的所有扫描便是盾构隧道壁后隧道注浆体的层析扫描；层析扫描中的射线需覆盖整个注浆体分布区，并需达到一定的密度；
(5)通过数据分析和反演计算得出盾构隧道壁后注浆体的分布范围；
A.对原始数据做滤波处理，去除随机噪声；
B.将扫描序列和钻孔资料录入微机，建立钻孔、射线以及振幅(走时)间的内在联系；
C.对射线进行计算机自动处理，求得射线走时和振幅，并以人机对话方式进行错误射线校正；
D.选定层析成像参数，采用共轭梯度法迭代求解各像元的衰减系数或慢度；
E.为避免像元边界处所得物性参数突变，还须采用样条插值法对各像元参数做圆滑处理；
F.生成雷达层析图像；
(6)根据钻孔地质雷达层析成像结果，结合现场施工参数及浆液性能，反馈调整后续各注浆管的注浆量及注浆压力，保证隧道的施工质量。
由于采用上述方案，本发明的有益效果是：
1、本发明的外伸式电磁波发射探杆和外伸式电磁波接收探杆可以伸入到隧道周围土体中，相对于现有的地质雷达检测仪器而言，该系统可以发挥钻孔的最大效益，适用于地层深部的高分辨率探测。
2、本发明可以根据探测范围设置不同的探杆长度，保证了检测范围内包含所有的注浆体，解决了现有仪器因电磁波频率损失严重而导致的检测范围不足的问题。
3、本发明的发射探杆和接收探杆装置独立，若一节发射探杆或接收探杆损坏，其他的发射探杆或接收探杆仍可正常工作，解决了传统探测仪器电磁波发射天线或接收天线损坏就不能继续探测的问题。
4、本发明是一套可拆卸、重复利用的系统，结构组成简单，维护使用方便，具有防尘、防水和防震的功能。
附图说明
图1是本发明实施例盾构隧道吊装孔破壁外伸式电磁波探地系统布置示意图。
图2是本发明实施例盾构隧道吊装孔破壁外伸式电磁波探地系统流程图。
附图标注：1外伸式电磁波发射探杆；2外伸式电磁波接收探杆；3钻孔地质雷达；4发射源；5接收源；6发射天线；7接收天线；8管片；9吊装孔；10注浆体；11电磁波。
具体实施方式
以下结合附图所示实施例对本发明作进一步的说明。
盾构隧道吊装孔破壁外伸式电磁波探地系统由外伸式电磁波发射探杆1、外伸式电磁波接收探杆2和钻孔地质雷达3组成，外伸式电磁波发射探杆1和外伸式电磁波接收探杆2均根据探测范围组装而成，其内部分别内嵌有发射源4和接收源5以及传递线路，钻孔地质雷达3通过发射天线6和接收天线7分别与外伸式电磁波发射探杆1和外伸式电磁波接收探杆2的线路接口连接，外伸式电磁波发射探杆1和外伸式电磁波接收探杆2可通过管片8上的吊装孔9放置于盾构隧道周围的钻孔中，发射源4发射的电磁波11扫描注浆体10后由接收源5接收。
具体的步骤如下：
(1)测定同步注浆浆液的初凝时间，根据初凝时间确定壁后注浆体10处于初凝状态的管片8的位置，通过该管片8的吊装孔9进行破壁钻孔，可以获得钻孔地质雷达3的发射及接收钻孔位置。
(2)将钻孔地质雷达3的发射天线6与接收天线7分别与外伸式电磁波发射探杆1和外伸式电磁波接收探杆2的线路接口连接，将外伸式电磁波发射探杆1和外伸式电磁波接收探杆2分别放置于相邻的两钻孔中，由发射源4发射电磁波11，接收源5接收电磁波11，对盾构隧道壁后的注浆体10进行层析扫描，直至对所有钻孔区间完成层析扫描。
(3)将层析扫描的得到的数据进行数据分析和反演计算，生成雷达层析成像，得到盾构隧道壁后注浆体10的分布范围。
(4)根据钻孔地质雷达层析成像结果，结合现场施工参数及浆液性能，反馈调整后续各注浆管的注浆量及注浆压力，保证隧道的施工质量。
本发明能很好地探明不同地层中盾构隧道的同步注浆效果，以反馈现场同步注浆的注浆量和注浆压力，使得盾构隧道同步注浆控制方法更加科学化。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种盾构隧道吊装孔破壁外伸式电磁波探地系统，其特征在于：该系统由外伸式电磁波发射探杆、外伸式电磁波接收探杆和钻孔地质雷达组成，所述的外伸式电磁波发射探杆和外伸式电磁波接收探杆分别与钻孔地质雷达的发射天线和接收天线连接；
所述盾构隧道吊装孔破壁外伸式电磁波探地系统的应用，包括以下步骤：
测定现场同步注浆浆液初凝时间；根据现场同步注浆浆液的初凝时间确定需探测的管片位置；通过该管片的吊装孔进行破壁钻孔；通过所述探地系统，即外伸式电磁波发射探杆、外伸式电磁波接收探杆和钻孔地质雷达进行钻孔地质雷达层析扫描；数据分析和反演计算得到注浆体分布范围；结合现场施工参数及浆液性能，反馈调整注浆量及注浆压力；
(1)利用砂浆凝结时间测定仪测定现场同步注浆浆液的初凝时间；
(2)根据现场测定得到的同步注浆浆液初凝时间，结合盾构掘进情况，得到壁后同步注浆浆液处于初凝状态的管片环号，该环即为需要探测的管片；
(3)通过该环盾构隧道管片吊装孔进行破壁钻孔，获得钻孔地质雷达的发射及接收钻孔位置；
(4)将钻孔地质雷达的发射天线与接收天线分别与外伸式电磁波发射探杆和外伸式电磁波接收探杆连接，并将外伸式电磁波发射探杆和外伸式电磁波接收探杆分别放置于相邻的两钻孔中，通过钻孔地质雷达对盾构隧道壁后注浆体进行层析扫描；
外伸式电磁波发射探杆同一位置的发射源发射特定频率的电磁波，外伸式电磁波接收探杆不同位置的接收源接收该发射源发射的电磁波，可得到一系列的射线，记为一次扫描，则外伸式电磁波发射探杆所有位置发射源的扫描记为该钻孔区间内的所有扫描，则所有钻孔区间内的所有扫描便是盾构隧道壁后隧道注浆体的层析扫描；层析扫描中的射线需覆盖整个注浆体分布区，并需达到一定的密度；
(5)通过数据分析和反演计算得出盾构隧道壁后注浆体的分布范围；
A.对原始数据做滤波处理，去除随机噪声；
B.将扫描序列和钻孔资料录入微机，建立钻孔、射线以及振幅间的内在联系；
C.对射线进行计算机自动处理，求得射线走时和振幅，并以人机对话方式进行错误射线校正；
D.选定层析成像参数，采用共轭梯度法迭代求解各像元的衰减系数或慢度；
E.为避免像元边界处所得物性参数突变，还须采用样条插值法对各像元参数做圆滑处理；
F.生成雷达层析图像；
(6)根据钻孔地质雷达层析成像结果，结合现场施工参数及浆液性能，反馈调整后续各注浆管的注浆量及注浆压力，保证隧道的施工质量。
2.根据权利要求1所述的盾构隧道吊装孔破壁外伸式电磁波探地系统，其特征在于：
所述外伸式电磁波发射探杆和外伸式电磁波接收探杆均根据探测范围组装而成，其内部分别内嵌有发射源和接收源以及传递线路；所述钻孔地质雷达通过发射天线和接收天线分别与外伸式电磁波发射探杆和外伸式电磁波接收探杆的线路接口连接，使得发射信号顺利传递至外伸式电磁波发射探杆中、接收信号由外伸式电磁波接收探杆顺利传回。
3.根据权利要求1所述的盾构隧道吊装孔破壁外伸式电磁波探地系统，其特征在于：
所述的外伸式电磁波发射探杆包括一节可与发射天线连接的初始发射杆，一节单端连接的终端发射杆，以及根据探测深度配置的若干节中间发射杆连接组成，发射杆内部都内嵌有电磁波发射源及信号传递线路，发射杆端头的连接为螺纹连接以保证整个外伸式电磁波发射探杆的电磁波信号传递的整体性，初始发射杆一端设有线路接口，终端发射杆一端闭合。
4.根据权利要求3所述的盾构隧道吊装孔破壁外伸式电磁波探地系统，其特征在于：每节所述发射杆为长200mm、直径40mm的圆杆。
5.根据权利要求1所述的盾构隧道吊装孔破壁外伸式电磁波探地系统，其特征在于：所述的外伸式电磁波接收探杆，包括一节可与接收天线连接的初始接收杆，一节单端连接的终端接收杆，以及根据探测深度配置的若干节中间接收杆连接组成，接收杆内部都内嵌有电磁波接收源及信号传递线路，接收杆端头的连接为螺纹连接，以保证整个外伸式电磁波接收探杆的电磁波信号传递的整体性，初始接收杆一端设有线路接口，终端接收杆一端闭合。
6.根据权利要求5所述的盾构隧道吊装孔破壁外伸式电磁波探地系统，其特征在于：每节所述接收杆为长200mm、直径40mm的圆杆。
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