CN114200542A - 一种隧道施工用岩溶探测装置及探测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种隧道施工用岩溶探测装置及探测方法，包括导向管、发射器和接收器；导向管为顶端开口的金属管，其沿竖向插设于探测孔中；用于发射电磁波或/和弹性波的发射器内置于一根导向管、用于接收发射器发出的电磁波或/和弹性波的接收器内置于另一根平行设置的导向管，发射器和接收器于导向管内保持标高一致地同步移动。本发明能够利用各种探测手段以克服不同缺陷，从而获取更为准确的岩溶信息。在工作量增量较小的情况下，本发明极大地提升了勘探的准确性，为后期施工打下了良好的基础。
Description
技术领域
本发明主要涉及岩溶探测技术领域，尤其涉及一种隧道施工用岩溶探测装置及探测方法。
背景技术
随着城市建设的蓬勃发展，城市地面交通越来越繁忙，为缓解地面交通压力，修建便捷、快速的地下铁道成为众多城市交通的选择。由于暗挖施工地下铁道对地面交通影响较小，且随着暗挖施工方法的成熟，暗挖法成为目前城市地下铁道施工的主要施工方法，在地下水隧道施工过程中，会穿越一部分岩溶地段，确定岩溶分布范围并及时进行注浆加固等措施将为后续隧道掘进提供安全及进度保障。在岩溶勘探中，以前主要以地表物探或者钻孔的形式确定岩溶的空间分布。但地表物探受限于勘探深度(一般不超过25m)的影响，对于埋深较大的岩溶地层不能有效的勘探；而钻孔虽然能确定较深岩溶的深度方向的分布情况，但受限于钻孔的时间成本及经济成本，不能精确探测点与点间断面岩溶地层的平面展布状态。目前深地层的岩溶探测主要依靠探孔地质资料推测形成，准确性较差。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种多种探测手段相结合的隧道施工用岩溶探测装置及探测方法。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种隧道施工用岩溶探测装置，包括导向管、发射器和接收器；所述导向管为顶端开口的金属管，其沿竖向插设于探测孔中；用于发射电磁波或/和弹性波的所述发射器内置于一根导向管、用于接收发射器发出的电磁波或/和弹性波的所述接收器内置于另一根平行设置的导向管，所述发射器和所述接收器于导向管内保持标高一致地同步移动。
作为上述技术方案的进一步改进：
所述导向管的外壁设有至少一根用于在不同标高处灌注水泥浆的空心注浆管。
所述注浆管与导向管固定相连，且其沿长度方向间隔成型有若干向外翘起并与注浆管管体连通的出浆口。
所述发射器包括电磁波发生器或/和弹性波发生器；各发射器的底端可拆卸地安装有一限位器，相邻发射器间可经限位器沿竖向相连。
所述限位器包括结构框，结构框呈分散状朝向外侧设有若干伸缩杆，伸缩杆的外端固定安装有滚轮；结构框与伸缩杆的连接处沿上下两侧均成型有用于连接发生器的活接头。
所述伸缩杆的两端设有用于监测、计算伸缩杆压缩量的测距仪。
所述滚轮设置为电驱轮，且表面成型有防滑凸条；所述导向管的内壁沿其长度方向成型有用于限制滚轮横向移动的槽，且其槽底成型有与防滑凸条适配的凹形条。
本发明还提供一种隧道施工用岩溶探测方法，所述探测方法应用于上述的探测装置，并包括以下步骤：
步骤S1，确定探测点位和探测断面；
步骤S2，于探测点位钻孔取芯、形成探测孔；
步骤S3，于探测孔中插设导向管，并于管孔间隙内灌注水泥浆；
步骤S4，同标高移动发射器和接收器，所述接收器于不同标高处分别获取所述发射器发出的电磁波信号或/和弹性波信号；
步骤S5，根据钻孔芯样信息和电磁波信号或钻孔芯样信息和弹性波信号或钻孔芯样信息、电磁波信号和弹性波信号综合分析、绘制形成岩溶三维分布图。
作为上述技术方案的进一步改进：
所述探测点位包括常规点位和加密点位；沿隧道延伸方向每隔N米设置一对常规点位，每对常规点位位于最外侧结构线外延M米处；且当隧道跨距大于20米时，于相邻一对常规点位围成的四边形的形心处增设加密点位。
N不大于发射器和接收器间有效探测的最大距离；M等于3。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
在钻孔取芯留下的探测孔中插入导向管，并利用发射器和接收器通过电磁波或/和弹性波对地质状况进行勘探，在无需新增钻孔的前提下，能够结合多种探测手段获取不同类型的探测数据以进行结合，最终获得更为准确的岩溶分布情况。相对于现有技术中，单独采用某一探测手段进行勘探，本发明能够利用各种探测手段以克服不同缺陷，从而获取更为准确的岩溶信息。在工作量增量较小的情况下，本发明极大地提升了勘探的准确性，为后期施工打下了良好的基础。
附图说明
图1是隧道施工用岩溶探测装置的示意图；
图2是导向管的局部剖视示意图；
图3是发射器的结构示意图；
图4是限位器的结构示意图；
图5是图4中A处的局部放大示意图；
图6是探测点位分布示意图(跨距≤20m)；
图7是探测点位分布示意图(跨距＞20m)。
图中各标号表示：1、导向管；11、注浆管；111、出浆口；12、槽；2、发射器；21、电磁波发生器；22、弹性波发生器；23、限位器；231、结构框；232、伸缩杆；233、滚轮；234、活接头；235、测距仪；3、接收器；4、探测点位；41、常规点位；42、加密点位。
具体实施方式
以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
如图1至图5所示，本实施例的隧道施工用岩溶探测装置，包括导向管1、发射器2和接收器3；导向管1为顶端开口的金属管，其沿竖向插设于探测孔中；用于发射电磁波或/和弹性波的发射器2内置于一根导向管1、用于接收发射器2发出的电磁波或/和弹性波的接收器3内置于另一根平行设置的导向管1，发射器2和接收器3于导向管1内保持标高一致地同步移动。在钻孔取芯留下的探测孔中插入导向管1，并利用发射器2和接收器3通过电磁波或/和弹性波对地质状况进行勘探，在无需新增钻孔的前提下，能够结合多种探测手段获取不同类型的探测数据以进行结合，最终获得更为准确的岩溶分布情况。相对于现有技术中，单独采用某一探测手段进行勘探，本发明能够利用各种探测手段以克服不同缺陷，从而获取更为准确的岩溶信息。在工作量增量较小的情况下，本发明极大地提升了勘探的准确性，为后期施工打下了良好的基础。
本实施例中，导向管1的外壁设有至少一根用于在不同标高处灌注水泥浆的空心注浆管11。注浆管11与导向管1固定相连，且其沿长度方向间隔成型有若干向外翘起并与注浆管11管体连通的出浆口111。为了避免导向管1与探测孔之间因存在空隙影响探测结果，需在间隙内灌注混凝土浆。在导向管1插入的过程中可能与探测孔发生碰撞，造成塌孔现象。坍塌的泥土可能封堵中部的空隙，造成混凝土浆无法流入孔底。通过设置注浆管11，混凝土浆由管内注入，因重力流至管底，并从底部的出浆口111中排出，从而能够绕过塌孔，由下往上注入混凝土浆。同时，为了避免因多处塌孔造成下部和上部混凝土桨无法进入相邻塌孔的间隔部位，造成中部空隙无法注浆，沿注浆管11的长度方向间隔开设有若干出浆口111，只要任一出浆口111位于相邻塌孔的间隔区段内，便能实现注浆。
本实施例中，发射器2包括电磁波发生器21或/和弹性波发生器22；各发射器2的底端可拆卸地安装有一限位器23，相邻发射器2间可经限位器23沿竖向相连。限位器23与导向管1的内壁抵接，从而避免电磁波发生器21或/和弹性波发生器22在导向管1内晃动、发生碰撞损坏。同时，限位器23的上下端均设有连接头，能够将电磁波发生器21与弹性波发生器22连成整体。接收器3与发射器2的构造相同，仅内部元器件进行替换，故不再赘述。
本实施例中，限位器23包括结构框231，结构框231呈分散状朝向外侧设有若干伸缩杆232，伸缩杆232的外端固定安装有滚轮233；结构框231与伸缩杆232的连接处沿上下两侧均成型有用于连接发生器的活接头234。通过设置伸缩杆232，使发射器2能在不同孔径的导向管1内均可确保滚轮233紧贴管壁。同时，通过设置活接头234，能够与电磁波发生器21和弹性波发生器22进行可拆卸连接，从而组合形成整体。
本实施例中，伸缩杆232的两端设有用于监测、计算伸缩杆232压缩量的测距仪235。导向管1可能因为外力或制造工艺的等问题造成变形，因为发射器2和接收器3需在导向管1内移动，其内径发生过大变化时，可能将发射器2或接收器3卡在其中，无法取出。通过在伸缩杆232的两端设置测距仪235，根据获取伸缩杆232的压缩量能够计算获得导向管1内径的实时数据，从而判断形变程度是否超出安全阈值，以供操作人员参考。
本实施例中，滚轮233设置为电驱轮，且表面成型有防滑凸条；导向管1的内壁沿其长度方向成型有用于限制滚轮233横向移动的槽12，且其槽底成型有与防滑凸条适配的凹形条。发射器2和接收器3的滚轮233尺寸一致，且均设有标记点，轮座上设有用于统计滚轮233旋转圈数的计数器。滚轮233设置成电驱轮，发射器2和接收器3的滚轮233实现通讯连接，以控制旋转圈数始终保持一致。导向管1的顶端标高一致，将发射器2和接收器3同时于导向管1顶部放入，在滚轮233旋转圈数一致的情况下，发射器2和接收器3始终保持同标高地移动。
如图6和图7所示，本发明还提供一种隧道施工用岩溶探测方法，探测方法应用于上述的探测装置，并包括以下步骤：
步骤S1，确定探测点位4和探测断面；
步骤S2，于探测点位4钻孔取芯、形成探测孔；
步骤S3，于探测孔中插设导向管1，并于管孔间隙内灌注水泥浆；
步骤S4，同标高移动发射器2和接收器3，接收器3于不同标高处分别获取发射器2发出的电磁波信号或/和弹性波信号；
步骤S5，根据钻孔芯样信息和电磁波信号或钻孔芯样信息和弹性波信号或钻孔芯样信息、电磁波信号和弹性波信号综合分析、绘制形成岩溶三维分布图。
依据地质探测准确精度要求选择探测点位4，各探测点位4相连形成探测断面。探测断面包括横向断面、纵向断面和加强断面；横向断面是指利用垂直于隧道延伸方向的探测点位4测得的断面，纵向断面是指指利用沿隧道延伸方向的探测点位4测得的断面，加强断面是指对于重要结构区段、可疑及岩溶发育地段，利用位于中间的探测点位4与两侧的探测点位4测得的斜向断面。每一探测点位4与不同探测点位4配合测量，就能得到不同的探测断面，从而能够在不增加钻孔的前提下更多地获取勘探数据、提高勘探精度。不仅如此，本发明提供的探测方法结合了钻孔勘探、电磁波探测和弹性波探测三种不同勘探手段的优点，整合形成勘探结果，能够极大地提升准确性。
本实施例中，探测点位4包括常规点位41和加密点位42；沿隧道延伸方向每隔N米设置一对常规点位41，每对常规点位41位于最外侧结构线外延M米处；且当隧道跨距大于20米时，于相邻一对常规点位41围成的四边形的形心处增设加密点位42。N不大于发射器2和接收器3间有效探测的最大距离；M等于3。加密点位42的设置，对于单洞隧道，设于隧道拱顶位置；对于双洞隧道，设于双洞之间，避免隧道区域，以减少冒浆、漏气风险。
虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。
Claims (10)
1.一种隧道施工用岩溶探测装置，其特征在于：包括导向管(1)、发射器(2)和接收器(3)；所述导向管(1)为顶端开口的金属管，其沿竖向插设于探测孔中；用于发射电磁波或/和弹性波的所述发射器(2)内置于一根导向管(1)、用于接收发射器(2)发出的电磁波或/和弹性波的所述接收器(3)内置于另一根平行设置的导向管(1)，所述发射器(2)和所述接收器(3)于导向管(1)内保持标高一致地同步移动。
2.根据权利要求1所述的隧道施工用岩溶探测装置，其特征在于：所述导向管(1)的外壁设有至少一根用于在不同标高处灌注水泥浆的空心注浆管(11)。
3.根据权利要求2所述的隧道施工用岩溶探测装置，其特征在于：所述注浆管(11)与导向管(1)固定相连，且其沿长度方向间隔成型有若干向外翘起并与注浆管(11)管体连通的出浆口(111)。
4.根据权利要求1所述的隧道施工用岩溶探测装置，其特征在于：所述发射器(2)包括电磁波发生器(21)或/和弹性波发生器(22)；各发射器(2)的底端可拆卸地安装有一限位器(23)，相邻发射器(2)间可经限位器(23)沿竖向相连。
5.根据权利要求4所述的隧道施工用岩溶探测装置，其特征在于：所述限位器(23)包括结构框(231)，结构框(231)呈分散状朝向外侧设有若干伸缩杆(232)，伸缩杆(232)的外端固定安装有滚轮(233)；结构框(231)与伸缩杆(232)的连接处沿上下两侧均成型有用于连接发生器的活接头(234)。
6.根据权利要求5所述的隧道施工用岩溶探测装置，其特征在于：所述伸缩杆(232)的两端设有用于监测、计算伸缩杆(232)压缩量的测距仪(235)。
7.根据权利要求6所述的隧道施工用岩溶探测装置，其特征在于：所述滚轮(233)设置为电驱轮，且表面成型有防滑凸条；所述导向管(1)的内壁沿其长度方向成型有用于限制滚轮(233)横向移动的槽(12)，且其槽底成型有与防滑凸条适配的凹形条。
8.一种隧道施工用岩溶探测方法，其特征在于：所述探测方法应用于权利要求1至6中任一项所述的岩溶探测装置，并包括以下步骤：
步骤S1，确定探测点位(4)和探测断面；
步骤S2，于探测点位(4)钻孔取芯、形成探测孔；
步骤S3，于探测孔中插设导向管(1)，并于管孔间隙内灌注水泥浆；
步骤S4，同标高移动发射器(2)和接收器(3)，所述接收器(3)于不同标高处分别获取所述发射器(2)发出的电磁波信号或/和弹性波信号；
步骤S5，根据钻孔芯样信息和电磁波信号或钻孔芯样信息和弹性波信号或钻孔芯样信息、电磁波信号和弹性波信号综合分析、绘制形成岩溶三维分布图。
9.根据权利要求8所述的隧道施工用岩溶探测方法，其特征在于：所述探测点位(4)包括常规点位(41)和加密点位(42)；沿隧道延伸方向每隔N米设置一对常规点位(41)，每对常规点位(41)位于最外侧结构线外延M米处；且当隧道跨距大于20米时，于相邻一对常规点位(41)围成的四边形的形心处增设加密点位(42)。
10.根据权利要求9所述的隧道施工用岩溶探测方法，其特征在于：N不大于发射器(2)和接收器(3)间有效探测的最大距离；M等于3。
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| 中国水利工程协会: "岩土工程类（地基与基础）", 31 December 2008, 黄河水利出版社, pages: 280 * |
| 王阅章，等: "岩溶地区隧道施工灾害防治", 中国科技信息, no. 23, pages 34 - 35 * |
| 陕西地质学校、重庆地质学校: "勘探技术（钻探工程部分）", 30 September 1961, 中国工业出版社, pages: 193 - 195 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114200542B (zh) | 2024-11-12 |
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