CN110847888A - 一种破碎岩体跨孔电阻率ct探测的辅助装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种破碎岩体跨孔电阻率CT探测的辅助装置及方法，包括快速喷浆装置；快速喷浆装置包括搅拌喷浆一体机、喷浆导管和全方位喷浆喷头，所述的搅拌喷浆一体机通过喷浆导管与所述的全方位喷浆喷头相连，所述全方位喷浆喷头包括不锈钢多孔喷头和配重体，所述的不锈钢多孔喷头整体上为一个圆锥形，在圆锥形喷头的侧面上设有若干个喷孔，每个喷孔的轴线与圆锥形喷头的轴线夹角相等，且都为锐角，同时喷孔沿着圆锥形喷头的圆周方向均匀，沿着圆锥形喷头的母线设置多个；在喷头的底部通过连接环连接一个配重体。

Description

一种破碎岩体跨孔电阻率CT探测的辅助装置及方法

技术领域

本发明涉及一种跨孔电阻率CT探测技术领域，特别是涉及一种适用于破碎岩体的跨孔电阻率CT探测综合辅助装置及方法。

背景技术

目前，地下工程施工面临的最大挑战是复杂多变的地质及其伴生的地质灾害，众多工程实践表明，富水裂隙带、孤石等不良地质体严重影响了地下工程的正常施工，严重的可能造成重大的经济损失甚至人员伤亡。这就对地球物理探测仪器的精度提出了很高的要求。

电阻率法(电法)勘探是地球物理勘探中的重要方法之一。它是以岩土体的电性差异为物理基础，通过观测分析电场分布变化规律来解决地质问题的一种地球物理勘探方法。其中跨孔电阻率CT方法作为一种超高密度电阻率法，具有观测精度高，数据采集可靠，成像功能良好等诸多优点，在实际的工程施工中广泛使用。但跨孔电阻率CT有一个探测要求，探测过程中需要两个孔中必须充满水，否则无法正常使用。实际使用中会在钻孔结束后利用钻了小洞的PVC管作为保护装置放到孔中，并往孔中加满水，PVC管的作用是防止塌孔。但发明人发现遇到较破碎的岩层、卵石层或者存在导水裂隙，钻孔中的水无法加满，水随着裂隙流走，无法满足跨孔电阻率CT的最低水位要求，同时遇到塌孔严重的钻孔，PVC管的作用会极大地降低，出现堵孔和卡住电极线等较为严重的问题。

在实际工程中，破碎岩层需要跨孔电阻率CT等观测精度高的探测仪器，但实际操作中经常会因水位过低而无法探测。这是一个亟需解决的问题，传统的PVC管方法无法满足破碎岩体跨孔电阻率CT的探测要求,喷浆可以解决破碎岩体导水裂隙发育导致水位过低的问题，但是目前为止，没有一款适用于跨孔CT探测的喷浆装置，由于跨孔CT工作的特殊性，需要保持孔径足够宽度、垂直，且孔深较大，探测时间短，普通的喷浆装置无论在设计上还是在实际操作上，都无法为探测孔提供厚度均匀且快速稳定的喷浆。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本公开的实施例提供了一种适用于破碎岩体的跨孔电阻率CT探测综合解决方案，实现对破碎岩体和特殊地质区域内的正常探测。

为了实现上述目的，本申请采用以下技术方案：

本公开的一实施例公开了一种破碎岩体跨孔电阻率CT探测的快速喷浆装置，包括快速喷浆装置；

所述的快速喷浆装置包括搅拌喷浆一体机、喷浆导管和全方位喷浆喷头，所述的搅拌喷浆一体机通过喷浆导管与所述的全方位喷浆喷头相连，所述全方位喷浆喷头包括不锈钢多孔喷头和配重体，所述的不锈钢多孔喷头整体上为一个圆锥形，在圆锥形喷头的侧面上设有若干个喷孔，每个喷孔的轴线与圆锥形喷头的轴线夹角相等，且都为锐角，同时喷孔沿着圆锥形喷头的圆周方向均匀，沿着圆锥形喷头的母线设置多个；在喷头的底部通过连接环连接一个配重体。

作为进一步的技术方案，所述的全方位喷浆喷头采用极细2.5mm喷头孔径，用于孔中快速均匀喷浆，同时避免喷浆过厚，出现卡孔导致探测无法进行。所述配重体用于增加喷头的配重，使喷头在高压力喷浆时仍然可以保持竖直。

作为进一步的技术方案，所述的喷浆导管包括喷浆软管和喷浆钢管、连接接头；所述的连接接头包括公接头和母接头，所述的公接头与喷浆软管相连，所述的母接头与喷浆钢管相连。

更近一步的，所述的公接头前部为不锈钢，在该前部的端部位置设有接槽；公接头后部为橡胶材质，且在橡胶材质部分设有凹陷；

更近一步的，所述的母接头全部采用不锈钢材质，内部有螺纹，母接头尾部有的凹陷，作为固定时扳手卡槽使用；母接头端部设有与接槽配合的接头，且母接头与公接头的端部通过螺栓相连。

作为进一步的技术方案，所述喷浆软管采用高强度尼龙骨架橡胶软管。

作为进一步的技术方案，所述配重体采用不锈钢材料，用于保持软管的垂直，且如果某方位单个小孔出现堵孔时，该装置可保证喷头在高压力喷浆作用下不至于出现倾斜导致喷浆失败。所述配重体的直径是跨孔CT顺利探测的最小孔径，所述配重体上方有连接环，用于和全方位不锈钢喷头连接。

作为进一步的技术方案，还包括支撑装置，支撑装置包括滑轮和支撑架，所述的支撑架固定在钻孔周围，滑轮通过滑动轴承固定在支撑架上，用于喷浆软管的上下移动。

作为进一步的技术方案，还包括软管连接固定装置，包括两个不锈钢半圆，在不锈钢半圆的两侧各有两个不锈钢钢板，在所述的不锈钢钢板上设有紧固螺孔，使用螺栓进行固定，钢板连接处设有胶垫层。

第二方面，本发明还提出了一种破碎岩体跨孔电阻率CT探测的快速喷浆方法，包括以下步骤：

1.将喷浆软管支撑装置固定于孔口处，并使滑轮尽可能与钻孔中轴线保持垂直，底座采用膨胀螺丝进行固定；固定好喷浆软管支撑装置后，将连接好的喷浆管顺着滑轮下放到钻孔底部。

2.将准备好的喷浆材料放入搅拌喷浆一体机中进行充分的搅拌混合。

3.开始喷浆，在喷浆过程中需将喷浆软管匀速拔出，在喷浆喷头到达钻孔顶部的同时关闭一体机电源，然后将喷浆喷头拖到无关区域后继续喷浆，此时只需水泥浆单浆喷浆即可，直到搅拌机浆液用尽。

4.清洗，向搅拌喷浆一体机中加入清水，继续开启喷浆功能，直到喷浆喷头喷出清水为止，这一步的主要目的是将喷浆管和喷浆喷头内的残余浆液清洗干净，防止堵塞。

上述方法中，所述喷浆材料需具备微膨胀、流动性、早强、无泌水、速凝特征，选用水泥–水玻璃浆液，水泥浆水灰比为0.8:1.0，水泥浆与水玻璃体积比为0.9:1.0；水泥采用P.O.42.5水泥，水玻璃选用市售水玻璃，模数M＝3.0，水玻璃波美度为38°Bé，密度为1.37g/cm³。

与现有技术相比，本公开的有益效果是：

(1)解决了破碎岩层跨孔电阻率CT无法探测的难题，利用喷浆加固原理对钻孔进行喷浆支护，避免了破碎岩层和导水裂隙对于探测环境的干扰。

(2)彻底代替了以往PVC管加固钻孔的做法，解决了跑水、塌孔、卡线等一系列工程难题，极大地拓展的跨孔电阻率CT的使用范围和鲁棒性。

附图说明

构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。

图1为本发明设计的全方位不锈钢喷头主视图；

图2为本发明设计的全方位不锈钢喷头底视图；

图3为本发明配重体主视图；

图4为本发明设计的喷浆钢管；

图5为本发明设计的喷浆管连接装置；

图6(1)、图6(2)为本发明设计的喷浆管连接装置公接头和母接头的结构示意图；

图7为本发明设计的软管连接固定装置；

图8为本发明设计的软管连接固定装置局部细节图；

图9为本发明设计的喷浆软管支撑装置的结构示意图；

图中：1连接部分，2喷头部分，3喷孔，4连接环，5配重体，6钢管主体，7端部螺纹，8橡胶凹槽，9公接头，10母接头，11扳手卡槽，9-1公接头紧固螺孔，9-2接槽，10-1紧固螺孔，10-2接头；12连接装置上半部分，13连接装置下半部分,14橡胶垫层，15紧固螺孔，16不锈钢钢板，17金属钢板，18橡胶垫层，19滑轮，20钢板螺孔，21钢板底座，22钻孔，23连接支架，24固定支架，25固定装置，26滑动轴承，27橡胶软管。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如背景技术部分所描述的，在跨孔电阻率CT的探测过程中，破碎岩层、导水裂隙和溶洞等不良地质体对该方法提出的要求最高，必须保证探测过程满足要求、结果足够准确才能对不良地质体作出有效预报。对这类不良地质体探测精度较好的地球物理探测方法就是跨孔电阻率CT技术，而跨孔电阻率CT技术特殊的要求也导致凡是具有这类不良地质体的区域，跨孔电阻率CT不能正常的进行工作，很多的工程实例证明了这点。为了解决这个悖论，拓展跨孔电阻率CT技术的应用范围，本发明设计了一种适用于破碎岩层的钻孔加固和防渗方案，完美解决了上述难题，为跨孔电阻率CT技术的广泛使用打下了基础，对工程的实际探测需求而言，意义重大，具有重大的应用价值和发展前景。

本公开的一种典型的实施方式中，提供了一种适用于破碎岩体的跨孔电阻率CT探测的综合辅助装置，包括搅拌喷浆一体机、喷浆导管和全方位喷浆喷头。

搅拌喷浆一体机选用市场上成熟的工业产品，该产品需具备制浆、伴浆、双液喷浆一体化功能，喷浆能力不小于2m³/h，喷浆压力不小于0.5MPa。

所述喷浆导管包括喷浆软管和喷浆钢管，喷浆钢管用于连接全方位喷浆喷头。所述全方位喷浆喷头包括不锈钢多孔喷头和配重体，用于孔中全方位喷浆。

全方位喷浆喷头包括连接部分1、喷头部分2、连接环4和配重体，喷头部分2整体上为一个锥形结构，采用高强度不锈钢制成，内部有螺纹，用于和喷浆钢管固定。在锥形结构的侧面设有若干个喷孔3，每个喷孔采用极细2.5mm喷头孔径，用于孔中快速均匀喷浆，同时避免喷浆过厚，出现卡孔导致探测无法进行。且每个喷孔的轴线与圆锥形喷头的轴线夹角相等，且都为锐角，同时喷孔沿着圆锥形喷头的圆周方向均匀，沿着圆锥形喷头的母线设置多个；在喷头的底部通过连接环连接一个配重体。

在本实施例中，喷头部分2的下部均匀分布两排共12个小孔，避免单排小孔出现某方位小孔出现堵孔时漏喷，导致探测失败。每个小孔与水平的夹角为15°，小孔的直径为2.5mm。喷浆喷头的外径为40mm，内径为35mm。

所述配重体5通过连接环4与喷头部分2相连，配重体5用于增加喷头的配重，使喷头在高压力喷浆时仍然可以保持竖直，在本实施例中，所述配重体5采用不锈钢材料，重量为5kg，用于保持软管的垂直，且如果某方位单个小孔出现堵孔时，该装置可保证喷头在高压力喷浆作用下不至于出现倾斜导致喷浆失败。所述配重体直径60mm，工作时处于整套喷浆装置最下方，该直径是跨孔CT顺利探测的最小孔径，若孔径小于60mm，则在后续的探测中极有可能出现卡孔、卡线等情况。所述配重体上方有连接环，用于和全方位不锈钢喷头连接。

上述的喷浆固定装置为喷浆管连接装置和喷浆软管支撑装置。

如图5、图6(1)图6(2)所示，喷浆管连接装置分为公接头9和母接头10，用于快速连接喷浆软管和喷浆钢管6，公接头9和母接头10底部均有橡胶密封圈，保证浆液不泄露。使用时插入并旋转两个接头即可，实用便捷。

公接头和母接头上均有四个紧固螺孔，当两个接头旋转到位后，八个紧固螺孔两两对齐，使用8mm的标准螺栓进行固定。其中公接头位于软管端，接头前部为不锈钢，用于连接母接头，接头后半部分有长80mm，深2mm的凹陷，选用橡胶材质，用于连接软管时依靠软管连接固定装置进行固定。

具体的，公接头上设有多个紧固螺孔9-1和接槽9-2，在母接头10上设有紧固螺孔10-1和接头10-2；

连接时将公接头套于喷浆软管上，并将软管推到底部。这时使用软管连接固定装置卡在公接头的橡胶凹槽8上，并使用标准螺栓固定。软管连接固定装置的内径略小于橡胶凹槽的外径，通过拧紧标准螺栓，公接头被固定在喷浆软管上。另一方面，将母接头旋转安装于喷浆钢管上，然后将公接头的接头对准母接头的接槽，旋转固定。最后用标准螺栓通过紧固螺孔对两个接头进行固定。

如图7所示，所述软管连接固定装置为两个不锈钢半圆12、13，宽度15mm，半径16mm，半圆两侧各有两个不锈钢钢板16，钢板厚度3mm，钢板上有紧固螺孔15，使用8mm的标准螺栓进行固定，钢板连接处有3mm橡胶垫层14。公接头外径40mm，内径35mm。所述母接头全部采用不锈钢材质，内部有螺纹，母接头尾部有长度30mm，宽度15mm的凹陷，作为固定时扳手卡槽11使用，外径40mm，内径35mm。

如图4所示，所述喷浆钢管6采用高强度不锈钢材，具体的可以选择不锈钢合金钢管，其外径35mm、内径20mm、总长度1.0米，钢管厚度为15mm；钢管两端各有10cm的螺纹7，用于固定喷浆喷头和喷浆管连接装置。钢管总长1m，重量较大，主要为了增加配重，使喷浆软管在下放和上升过程中保持竖直，同时增加喷浆喷头在喷浆时的稳定性。

优选的，所述喷浆软管采用高强度尼龙骨架橡胶软管，外径35mm，内径20mm，长度35米。

如图9所示，喷浆软管支撑装置，包括一个支架，支架包括固定支架24和连接支架23，固定支架24上连接钢板底座21，钢板底座21上设有钢板螺孔20，连接支架23上安装一个滑轮19，滑轮的两端与连接支架采用滑动轴承26连接，使用时钢板底座21通过连接件固定于钻孔22的周围，用于喷浆软管的上下移动。

优选的，所述滑轮由PP聚丙烯材料制成，耐用轻便。

优选的，所述滑动轴承选用非金属自润滑轴承，无金属材料，重量轻体积小，免维护可适用干摩擦。

优选的，所述底座采用3mm厚的不锈钢板制成，每个钢板有直径1cm的孔洞，便于往地层中打入膨胀螺丝固定。

优选的，所述固定支架、连接支架采用高强度铝合金，既轻便又稳固。

基于上述的装置，本实施例还提供了一种破碎岩体跨孔电阻率CT探测的快速喷浆方法，所述方法包括材料准备、操作步骤和注意事项。

所述材料准备包括喷浆材料准备、仪器准备和导管安装。所述喷浆材料准备包括按水灰比准备原材料水泥和水的用量，准备水玻璃并制成溶液。所述仪器准备包括将搅拌喷浆一体机安放到合适的位置并进行固定，将滑轮和底座支架准备妥当。所述导管安装包括将喷浆软管固定到搅拌喷浆一体机上，并将软管另一端与喷浆钢管固定，将喷浆钢管与全方位喷浆喷头旋转固定，并将配重体安装在全方位喷浆喷头下方。

所述操作步骤分为四步：

第一步将喷浆软管支撑装置固定于孔口处，并使滑轮尽可能与钻孔中轴线保持垂直，底座使用规格为M10*100膨胀螺丝进行固定。固定喷浆软管支撑装置后，将连接好的喷浆管顺着滑轮下放到钻孔底部。

第二步将准备好的喷浆材料放入搅拌喷浆一体机中进行充分的搅拌混合。

第三步开始喷浆，在喷浆过程中需将喷浆软管按不高于3m/分钟的速度匀速拔出，在喷浆喷头到达钻孔顶部的同时关闭一体机电源，然后将喷浆喷头拖到无关区域后继续喷浆，此时只需水泥浆单浆喷浆即可，直到搅拌机浆液用尽。

第四步清洗，向搅拌喷浆一体机中加入清水，继续开启喷浆功能，直到喷浆喷头喷出清水为止，这一步的主要目的是将喷浆管和喷浆喷头内的残余浆液清洗干净，防止堵塞。

所述注意事项，包括三个部分：

一、需提前做好设备安装和喷浆导管安装才能进行浆液准备，由于水泥-水玻璃浆液具有速凝的特点，喷浆过程需连贯完成。

二、如果钻孔周围土质较差，膨胀螺丝无法固定，可选用岩石等较重物体压住钢板底座，保持滑轮的稳定。

三、水玻璃溶液的注入须与喷浆过程同步，喷浆结束后必须对导管和喷头进行彻底清洗。如果钻孔分布密集，可持续喷浆，喷头开始位置可根据实际情况调整，即孔底开始、孔口开始皆可。

进一步的，所述喷浆材料需具备微膨胀、流动性、早强、无泌水、速凝特征，选用水泥–水玻璃浆液，水泥浆水灰比为0.8:1.0，水泥浆与水玻璃体积比为0.9:1.0。水泥采用P.O.42.5水泥，水玻璃选用市售水玻璃，模数M＝3.0，水玻璃波美度为38°Bé，密度为1.37g/cm³。

本发明解决了破碎岩层跨孔电阻率CT无法探测的难题，利用喷浆加固原理对钻孔进行喷浆支护，避免了破碎岩层和导水裂隙对于探测环境的干扰。

本发明彻底代替了以往PVC管加固钻孔的做法，解决了跑水、塌孔、卡线等一系列工程难题，极大地拓展的跨孔电阻率CT的使用范围和鲁棒性。

以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种破碎岩体跨孔电阻率CT探测的辅助装置，其特征在于，包括快速喷浆装置；

所述的快速喷浆装置包括搅拌喷浆一体机、喷浆导管和全方位喷浆喷头，所述的搅拌喷浆一体机通过喷浆导管与所述的全方位喷浆喷头相连，所述全方位喷浆喷头包括不锈钢多孔喷头和配重体，所述的不锈钢多孔喷头整体上为一个圆锥形，在圆锥形喷头的侧面上设有若干个喷孔，每个喷孔的轴线与圆锥形喷头的轴线夹角相等，且都为锐角，同时喷孔沿着圆锥形喷头的圆周方向均匀，沿着圆锥形喷头的母线设置多个；在喷头的底部通过连接环连接一个配重体。

2.如权利要求1所述的破碎岩体跨孔电阻率CT探测的辅助装置，其特征在于，所述的全方位喷浆喷头采用2.5mm喷头孔径。

3.如权利要求1所述的破碎岩体跨孔电阻率CT探测的辅助装置，其特征在于，所述的喷浆导管包括喷浆软管和喷浆钢管、连接接头；所述的连接接头包括公接头和母接头，所述的公接头与喷浆软管相连，所述的母接头与喷浆钢管相连。

4.如权利要求3所述的破碎岩体跨孔电阻率CT探测的辅助装置，其特征在于，所述的公接头前部为不锈钢，在该前部的端部位置设有接槽；公接头后部为橡胶材质，且在橡胶材质部分设有凹陷。

5.如权利要求3所述的破碎岩体跨孔电阻率CT探测的辅助装置，其特征在于，所述的母接头全部采用不锈钢材质，内部有螺纹，母接头尾部有的凹陷，作为固定时扳手卡槽使用；母接头端部设有与接槽配合的接头，且母接头与公接头的端部通过螺栓相连。

6.如权利要求3所述的破碎岩体跨孔电阻率CT探测的辅助装置，其特征在于，所述喷浆软管采用高强度尼龙骨架橡胶软管。

7.如权利要求1所述的破碎岩体跨孔电阻率CT探测的辅助装置，其特征在于，所述配重体采用不锈钢材料，用于保持软管的垂直，所述配重体的直径是跨孔CT顺利探测的最小孔径。

8.如权利要求1所述的破碎岩体跨孔电阻率CT探测的辅助装置，其特征在于，还包括支撑装置，支撑装置包括滑轮和支撑架，所述的支撑架固定在钻孔周围，滑轮通过滑动轴承固定在支撑架上。

9.如权利要求1所述的破碎岩体跨孔电阻率CT探测的辅助装置，其特征在于，还包括软管连接固定装置，包括两个不锈钢半圆，在不锈钢半圆的两侧各有两个不锈钢钢板，在所述的不锈钢钢板上设有紧固螺孔，使用螺栓进行固定，钢板连接处设有胶垫层。

10.基于权利要求1-9任一所述的破碎岩体跨孔电阻率CT探测的辅助装置的喷浆方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1.将喷浆软管支撑装置固定于孔口处，并使滑轮尽可能与钻孔中轴线保持垂直，底座采用膨胀螺丝进行固定；固定好喷浆软管支撑装置后，将连接好的喷浆管顺着滑轮下放到钻孔底部；

步骤2.将准备好的喷浆材料放入搅拌喷浆一体机中进行充分的搅拌混合；

步骤3.开始喷浆，在喷浆过程中需将喷浆软管匀速拔出，在喷浆喷头到达钻孔顶部的同时关闭一体机电源，然后将喷浆喷头拖到无关区域后继续喷浆，此时只需水泥浆单浆喷浆即可，直到搅拌机浆液用尽。

步骤4.清洗，向搅拌喷浆一体机中加入清水，继续开启喷浆功能，直到喷浆喷头喷出清水为止，这一步的主要目的是将喷浆管和喷浆喷头内的残余浆液清洗干净，防止堵塞。

进一步的，所述喷浆材料选用水泥–水玻璃浆液，水泥浆水灰比为0.8:1.0，水泥浆与水玻璃体积比为0.9:1.0；水泥采用P.O.42.5水泥，水玻璃选用市售水玻璃，模数M＝3.0，水玻璃波美度为38°Bé，密度为1.37g/cm³。

Images