CN108303729B - 建筑物下盾构隧道影响区域岩溶探测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种建筑物下盾构隧道影响区域岩溶探测方法，利用水平定向钻机在待建隧道的四周水平钻孔，再在接收井中将超声井眼成像仪在钻孔内跨孔回拖作为声源，并通过数据采集仪收集超声井眼成像仪所采集的跨孔声波，形成CT输入数据；之后对CT输入数据进行声波层析成像反演，利用绘图软件显示跨孔声波层析成像图，最后基于探测目标与其围岩声波速度差异和弹性波传播过程中的衰减规律分析出建筑物下隧道范围内的岩溶分布情况。该岩溶探测方法能够克服场地条件的限制，不仅抗干扰能力强，而且探测精度高、分辨度高，能够精确探测建筑物下地铁隧道范围内岩溶发育情况，降低隧道下穿建筑物施工的风险，具有良好的社会效益与经济效益。

Description

建筑物下盾构隧道影响区域岩溶探测方法

技术领域

本发明涉及岩溶探测技术领域，特别是涉及一种建筑物下盾构隧道影响区域岩溶探测方法。

背景技术

我国轨道交通在近几年进入了快速发展的阶段，地铁的建设在各大城市全面铺开。然而在地铁线路不断增加的同时，线路下穿建筑物无法避免，在岩溶发育区域中岩溶对地铁下穿建筑物的影响极大，地铁隧道施工前对建筑物下线路范围内的岩溶发育情况的探测对保证隧道施工的安全进行起到十分重要的作用。

在实际工程中，通常利用钻探探测岩溶发育情况，虽然准确度最高，但是会明显增加工程造价。为了使工程具有更好的经济性，往往通过钻探结合物探的方法进行岩溶探测，来满足施工的精度要求，比如跨孔CT、地质雷达、高密度电法等均得到了广泛的应用；然而在重要建筑物存在的情况下，附近金属管线、电磁干扰众多，钻探及常规物探因场地限制无法实施或者精度达不到要求，在岩溶发育情况无法探测清楚的情况下，岩溶将得不到有效处治，从而导致地铁隧道下穿施工过程中很容易造成建筑物不均匀沉降、地表变形、隧道涌水、盾构机栽头等工程事故。因此，为了确保地铁隧道施工安全，提供一种不受场地条件限定、抗干扰强、分辨度高、稳定性强的岩溶探测方法是一个亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种建筑物下盾构隧道影响区域岩溶探测方法，该岩溶探测方法能够克服场地条件的限制，不仅抗干扰能力强，而且探测精度高、分辨度高，能够精确探测建筑物下地铁隧道范围内岩溶发育情况，降低隧道下穿建筑物施工的风险。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种建筑物下盾构隧道影响区域岩溶探测方法，包括如下步骤：

步骤一：利用水平定向钻机在待建隧道的四周水平钻孔；

步骤二：在接收井中将超声井眼成像仪在钻孔内跨孔回拖作为声源，在回拖过程中通过数据采集仪收集超声井眼成像仪所采集的跨孔声波，形成CT输入数据；

步骤三：对CT输入数据进行声波层析成像反演，并利用绘图软件显示跨孔声波层析成像图，之后基于探测目标与探测目标的围岩声波速度差异和弹性波传播过程中的衰减规律分析出建筑物下隧道范围内的岩溶分布情况。

可选的，在建筑物周边地铁线路范围内的地面布置非开挖工作场地，在所述非开挖工作场地表面安装所述数据采集仪，所述数据采集仪一端与所述超声井眼成像仪信号连接，另一端与一控制系统信号连接。

可选的，所述非开挖工作场地的一端开设工作井，用于向待建隧道的四周水平钻孔；所述非开挖工作场地的另一端开设所述接收井，用于将超声井眼成像仪放入钻孔中。

可选的，所述水平定向钻机在地层中钻孔。

可选的，所述水平定向钻机分别在待建隧道的顶部向上5米处、待建隧道的底部向下5米处、待建隧道的左侧向外5米处、待建隧道的右侧向外5米处均布钻孔，并在顶部孔的两侧间隔6米对称钻孔，底部孔的两侧间隔6米对称钻孔；所述水平定向钻机在建筑物区域内的钻进轨迹与待建隧道的轨迹线平行。

可选的，所述水平定向钻机从所述非开挖工作场地表面到建筑物区域内待建隧道的钻进轨迹为第一抛物线钻进轨迹，所述水平定向钻机从建筑物区域内待建隧道到所述非开挖工作场地表面的钻进轨迹为第二抛物线钻进轨迹。

可选的，接收井中每次采用成对的超声井眼成像仪在钻孔内跨孔回拖作为声源，绘图软件显示每对跨孔声波层析成像图。

可选的，所述控制系统为地面微机控制系统。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明通过在建筑物区域内待建隧道四周的地层中直接钻孔，不仅避免了地面建筑物场地的条件限制以及埋深较浅的金属管线对岩溶分布探测的影响，而且在地层钻孔并不会对重要建筑物造成不利影响，极大的增强了该岩溶探测方法在敏感区域的可行性，且超声波CT抗低频干扰能力强，适用于外界人工震宫干扰较大的地区；并且，采用水平定向钻孔的方式不仅布置灵活，而且在探测深度与布孔深度有关的规律下，能够不受地质条件的影响和探测探测设备能力的限制，在地下声波的衰减幅度比电磁波要小得多，对CT输入数据的声波层析成像反演效果精度明显高于一般基于电磁波的探测方法；此外，本发明采用声波探测法能够直接用于岩性和构造的成像，且声波波速大，振幅、走时均易于测量，能够获取丰富的地质信息，以便更全面地为后续施工提供可靠的数据支撑。可见，本发明公开的建筑物下盾构隧道影响区域岩溶探测方法突破了重要建筑物场地条件对常规岩溶探测方法的限制，能够不受场地条件及城市活动干扰的影响，抗干扰能力强，探测精度高，探测稳定性高，具有良好的社会效益与经济效益。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明建筑物下盾构隧道影响区域岩溶探测方法的示意图；

图2为本发明中待建隧道横剖面中钻孔分布图；

其中，附图标记为：1、建筑物；2、水平定向钻机；21、第一抛物线钻进轨迹；22、第二抛物线钻进轨迹；3、数据采集仪；4、接收井；5、待建隧道；6、超声井眼成像仪；7、钻机成孔；8、地面；9、建筑物区域内的钻进轨迹；91、顶部孔；92、底部孔；93、左侧孔；94、右侧孔。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种建筑物下盾构隧道影响区域岩溶探测方法，该岩溶探测方法能够克服场地条件的限制，不仅抗干扰能力强，而且探测精度高、分辨度高，能够精确探测建筑物下地铁隧道范围内岩溶发育情况，降低隧道下穿建筑物施工的风险。

基于此，本发明提供一种建筑物下盾构隧道影响区域岩溶探测方法，包括如下步骤：

步骤一：利用水平定向钻机在待建隧道的四周水平钻孔；

步骤二：在接收井中将超声井眼成像仪在钻孔内跨孔回拖作为声源，在回拖过程中通过数据采集仪收集超声井眼成像仪所采集的跨孔声波，形成CT输入数据；

步骤三：对CT输入数据进行声波层析成像反演，并利用绘图软件显示跨孔声波层析成像图，之后基于探测目标与探测目标的围岩声波速度差异和弹性波传播过程中的衰减规律分析出建筑物下隧道范围内的岩溶分布情况。

本发明通过在建筑物区域内待建隧道四周的地层中直接水平钻孔，突破了重要建筑物场地条件对常规岩溶探测方法的限制，能够不受场地条件及城市活动干扰的影响，极大的增强了该岩溶探测方法在敏感区域的可行性；且水平定向钻孔布置灵活，在探测深度与布孔深度有关的规律下，能够不受地质条件的影响和探测探测设备能力的限制；采用声波探测法能够直接用于岩性和构造的成像，且声波波速大，振幅、走时均易于测量，对CT输入数据的声波层析成像反演效果精度明显高于一般基于电磁波的探测方法，具有抗干扰能力强、探测精度高、探测稳定性高的特点，实现了良好的社会效益与经济效益。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例一：

如图1所示，本实施例提供一种建筑物下盾构隧道影响区域岩溶探测方法，包括如下步骤：

步骤一：利用水平定向钻机2在待建隧道5的四周水平钻孔；

步骤二：在接收井4中将超声井眼成像仪6在钻孔内跨孔回拖作为声源，在回拖过程中通过数据采集仪3收集超声井眼成像仪6所采集的跨孔声波，形成CT输入数据；

步骤三：对CT输入数据进行声波层析成像反演，并利用绘图软件显示跨孔声波层析成像图，之后基于跨孔声波的探测目标与探测目标的围岩声波速度差异和弹性波传播过程中的衰减规律分析出建筑物下隧道范围内的岩溶分布情况。

进一步地，如图1所示，在建筑物1周边地铁线路范围内的地面8布置非开挖工作场地，在非开挖工作场地表面安装数据采集仪3，数据采集仪3一端与超声井眼成像仪6信号连接，另一端与一控制系统信号连接，将超声井眼成像仪2延平行钻孔回拖作为声源的过程中，通过控制系统控制数据采集仪3收集超声井眼成像仪6所采集的跨孔声波数据。

进一步地，在本实施例中，非开挖工作场地的一端开设工作井，用于向待建隧道5的四周水平钻孔，另一端开设接收井4用于将超声井眼成像仪2放入钻孔中；而且水平定向钻机2在待建隧道5周围的地层中直接钻孔。

于本具体实施例中，如图1和2所示，利用水平定向钻机2分别在待建隧道5的顶部向上5米处、待建隧道5的底部向下5米处、待建隧道5的左侧向外5米处、待建隧道5的右侧向外5米处钻孔，所形成的顶部孔91、底部孔92、左侧孔93、右侧孔94以待建隧道5的横截面中心为中心均匀对称分布；同时在顶部孔91的两侧间隔6米对称钻孔，相应的，在底部孔的两侧间隔6米对称钻孔，上述水平定向钻孔布置能够保证探测范围全面覆盖隧道影响区域，确保岩溶分布探测的准确性和全面性；如图1所示，水平定向钻机2在建筑物区域内的钻进轨迹9为水平轨迹，并与待建隧道5的轨迹线平行，有利于提高探测稳定性。

进一步地，如图1所示，水平定向钻机2从非开挖工作场地表面到建筑物区域内的钻进轨迹9首端的钻进轨迹为第一抛物线钻进轨迹21，水平定向钻机2从建筑物区域内的钻进轨迹9末端回到非开挖工作场地表面的钻进轨迹为第二抛物线钻进轨迹22，其中第一抛物线钻进轨迹21和第二抛物线钻进轨迹22均为抛物线形状，且第一抛物线钻进轨迹21和第二抛物线钻进轨迹22的抛物方向是相反的。

进一步地，于本实施例中，接收井4中每次采用成对的超声井眼成像仪6在钻孔内跨孔回拖作为声源，相应的，绘图软件显示的是每对跨孔声波层析成像图。

进一步地，控制系统采用地面微机控制系统。

由此可见，本实施例通过在建筑物区域内待建隧道四周的地层中直接钻孔，不仅避免了地面建筑物场地的条件限制以及埋深较浅的金属管线对岩溶分布探测的影响，而且在地层钻孔并不会对重要建筑物造成不利影响，极大的增强了该岩溶探测方法在敏感区域的可行性，且超声波CT抗低频干扰能力强，适用于外界人工震宫干扰较大的地区；并且，采用水平定向钻孔的方式不仅布置灵活，而且在探测深度与布孔深度有关的规律下，能够不受地质条件的影响和探测探测设备能力的限制，在地下声波的衰减幅度比电磁波要小得多，对CT输入数据的声波层析成像反演效果精度明显高于一般基于电磁波的探测方法；此外，本发明采用声波探测法能够直接用于岩性和构造的成像，且声波波速大，振幅、走时均易于测量，能够获取丰富的地质信息，以便更全面地为后续施工提供可靠的数据支撑。可见，本发明公开的建筑物下盾构隧道影响区域岩溶探测方法突破了重要建筑物场地条件对常规岩溶探测方法的限制，能够不受场地条件及城市活动干扰的影响，抗干扰能力强，探测精度高，探测稳定性高，具有良好的社会效益与经济效益。

需要说明的是，本发明中在待建隧道四周的钻孔分布方案并不限于上述实施例，水平钻孔个数、各个钻孔的分布方向，以及各个钻孔的分布间距均是能够根据实际情况而适应性改变的，并不限于上述实施例所限定的“5米”或“6米”，只要能够满足对待建隧道周围岩溶分布情况全面且精准探测的钻孔分布方案均可适应性地应用到本发明的建筑物下盾构隧道影响区域岩溶探测方法中；相应的超声井眼成像仪也并不限于上述实施例中的成对回拖方式，这是能够根据实际情况以及需求而适应性改变的；最后，水平定向钻机的钻进轨迹并不限于上述实施例中的由第一抛物线钻进轨迹、水平轨迹和第二抛物线钻进轨迹顺次连接而成的轨迹线，从非开挖工作场地表面到建筑物区域内待建隧道的钻进轨迹，以及从建筑物区域内待建隧道到非开挖工作场地表面的钻进轨迹均不限于上述实施例中的抛物线状轨迹，是能够根据不同的实际情况而适应性改变钻进轨迹的，只要能够实现水平定向电机从非开挖工作场地表面上的一接收井进入到待建隧道所需的钻孔位置即可。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种建筑物下盾构隧道影响区域岩溶探测方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一：利用水平定向钻机在待建隧道的四周水平钻孔；所述水平定向钻机在地层中钻孔，且所述水平定向钻机分别在待建隧道的顶部向上5米处、待建隧道的底部向下5米处、待建隧道的左侧向外5米处、待建隧道的右侧向外5米处均布钻孔，并在所钻得的顶部孔的两侧间隔6米对称钻孔，底部孔的两侧间隔6米对称钻孔；所述水平定向钻机在建筑物区域内的钻进轨迹与待建隧道的轨迹线平行；

步骤二：在接收井中将超声井眼成像仪在钻孔内跨孔回拖作为声源，在回拖过程中通过数据采集仪收集超声井眼成像仪所采集的跨孔声波，形成CT输入数据；

步骤三：对CT输入数据进行声波层析成像反演，并利用绘图软件显示跨孔声波层析成像图，之后基于探测目标与探测目标的围岩声波速度差异和弹性波传播过程中的衰减规律分析出建筑物下隧道范围内的岩溶分布情况。

2.根据权利要求1所述的建筑物下盾构隧道影响区域岩溶探测方法，其特征在于：在建筑物周边地铁线路范围内的地面布置非开挖工作场地，在所述非开挖工作场地表面安装所述数据采集仪，所述数据采集仪一端与所述超声井眼成像仪信号连接，另一端与一控制系统信号连接。

3.根据权利要求2所述的建筑物下盾构隧道影响区域岩溶探测方法，其特征在于：所述非开挖工作场地的一端开设工作井，用于向待建隧道的四周水平钻孔；所述非开挖工作场地的另一端开设所述接收井，用于将超声井眼成像仪放入钻孔中。

4.根据权利要求2所述的建筑物下盾构隧道影响区域岩溶探测方法，其特征在于：所述水平定向钻机从所述非开挖工作场地表面到建筑物区域内待建隧道的钻进轨迹为第一抛物线钻进轨迹，所述水平定向钻机从建筑物区域内待建隧道到所述非开挖工作场地表面的钻进轨迹为第二抛物线钻进轨迹。

5.根据权利要求4所述的建筑物下盾构隧道影响区域岩溶探测方法，其特征在于：接收井中每次采用成对的超声井眼成像仪在钻孔内跨孔回拖作为声源，绘图软件显示每对跨孔声波层析成像图。

6.根据权利要求2所述的建筑物下盾构隧道影响区域岩溶探测方法，其特征在于：所述控制系统为地面微机控制系统。

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