CN116540309A - 一种跨孔电阻率ct探测立井地面预注浆效果的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种跨孔电阻率CT探测立井地面预注浆效果的方法，准备跨孔电阻率CT测试系统；在注浆前完成对注浆孔的施工；布置跨孔电阻率CT测试系统；注浆前，利用跨孔电阻率CT测试系统的进行测试，反演成图，用于指导注浆施工；注浆后，再利用跨孔电阻率CT测试系统的进行测试，对注浆前后的电阻率的变化趋势进行分析，评价注浆堵水效果。将跨孔电阻率CT技术用于立井地面预注浆堵水加固效果探测，提供一种先进、简便、可靠的效果评价手段，为立井地面预注浆工程施工提供更多的地层条件信息和指导，为注浆工程验收提供可靠依据，为立井地面预注浆技术的应用及立井井筒安全快速建设提供更好的技术支撑。
Description
技术领域
本发明涉及立井地面预注浆效果检测方法技术领域。具体地说是一种跨孔电阻率CT探测立井地面预注浆效果的方法。
背景技术
立井在矿山、交通、隧道、水利等领域得到广泛应用，在遇到含水层或松软破碎岩层时，井筒地面预注浆是常用的堵水加固技术，即利用地面钻孔，通过注浆泵及注浆管路将配制好的浆液注入到上述岩层中，浆液凝固后封堵导水通道或固结松散破碎岩体，在井筒周围一定范围内形成一个帷幕，从而起到堵水或加固作用，保证立井井筒安全快速施工。立井地面预注浆目前深度已经超过1000m，常规的也大多超过500m。立井地面预注浆是地下隐蔽工程，因地质条件的复杂性和不均匀性，注浆效果的检查和评价一直没有可靠有效的手段。目前，对于立井井筒地面预注浆效果检查主要有以下2种方法：
(1)水文试验
通过最后结束的注浆孔对受注地层做压水、注水或抽水试验，计算受注地层注浆后的渗透系数或透水率等水文参数、推导井筒剩余涌水量，评价其导水的改善情况，以评价注浆效果。水文试验计算方法都是建立在一定假设条件之上，如均匀、各向同性等，因地层条件的复杂性和不均匀性，水文计算结果往往会存在较大误差，无法准确评价注浆堵水效果，且无法对注浆加固效果进行评价。
(2)实际开挖检查
注浆结束后，通过井筒开挖掘砌施工中的实际观测，计算剩余涌水量，观察岩体固结情况，评价注浆堵水及加固效果。该方法最直观，最准确，但属于事后检查，无法指导地面预注浆事先预防和调整补救，不利于保证地面预注浆施工质量。
随着物探技术的飞速发展，也给地面预注浆效果检查带来新的希望。物探即地球物理勘探，它是指通过研究和观测各种地球物理场的变化来探测地层岩性、地质构造等地质条件的勘探手段。由于组成地壳的不同岩层介质往往在密度、弹性、导电性、磁性、放射性以及导热性等方面存在差异，这些差异将引起相应的地球物理场的局部变化，通过量测这些物理场的分布和变化特征，结合已知地质资料进行分析研究，就可以达到推断地质性状的目的。地球物理勘探技术在矿产资源探查、地层划分与构造探查、水文地质调查、地质异常体调查、工程地质调查等方面应用极为广泛。超声波探测、地质雷达、瞬变电磁、大地电磁测深、跨孔无线电波透视、跨孔声波透视等常用的物探手段皆因探测深度小或分辨率低等因素无法在立井地面预注浆效果探测中应用，跨孔地震CT因成本过高也尚未应用。
发明内容
为此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种跨孔电阻率CT探测立井地面预注浆效果的方法，通过跨孔电阻率CT测试，掌握在剖面上电阻率注浆前后的变化趋势，解释分析受注地层含水性的改善状况，从而评价注浆效果(主要是堵水效果)，指导注浆施工并作为注浆工程重要验收依据。。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
一种跨孔电阻率CT探测立井地面预注浆效果的方法，包括如下步骤：
(A)准备跨孔电阻率CT测试系统；
(B)在注浆前完成对注浆孔的施工；
(C)布置跨孔电阻率CT测试系统；
(D)注浆前，利用跨孔电阻率CT测试系统的进行测试，反演成图，用于指导注浆施工；
(E)注浆后，再利用跨孔电阻率CT测试系统的进行测试，对注浆前后的电阻率的变化趋势进行分析，评价注浆堵水效果。
上述一种跨孔电阻率CT探测立井地面预注浆效果的方法，在步骤(A)中，跨孔电阻率CT测试系统包括仪器主机、便携式计算机、电缆和电极；
仪器主机用于在便携式计算机控制下完成测试与数据采集；便携式计算机内安装有电阻率CT测试软件，控制仪器主机测试和采集，并进行数据存储和数据处理，并反演成可以读取的图像；电缆用于供电、测试及数据传输；电极由电缆中每芯导线抽头压制而成，每一根电缆在测试段长范围内按一定排列间距抽头做出若干电极，用于在孔间地层内进行供电和测量；
电缆的一端安装有电缆下放配重，电缆的另一端与仪器主机连接，仪器主机与便携式计算机连接。
上述一种跨孔电阻率CT探测立井地面预注浆效果的方法，在步骤(B)中，选择1～2对注浆孔作为跨孔电阻率CT测试孔；完成对所选成对的注浆孔的施工；
及时调整冲洗液，完成对所选成对的注浆孔的冲洗，保证注浆孔内岩屑沉淀和冲洗液浓度在允许范围内，保证达到设计测试深度及孔内安全。
上述一种跨孔电阻率CT探测立井地面预注浆效果的方法，在步骤(C)中，包括如下步骤：
(C-1)在地面上布置钻塔，将电缆穿过位于钻塔上的下部滑轮和上部滑轮、并在电缆下放配重的牵引下，下放至注浆孔设计深度；
(C-2)将仪器主机和便携式计算机放置于成对的2个测试注浆孔之间的安全位置；
(C-3)做好线路连接：位于成对的2个测试注浆孔内的电缆的上部航空接头分别与仪器主机连接；仪器主机与便携式计算机连接。
上述一种跨孔电阻率CT探测立井地面预注浆效果的方法，位于成对的2个测试注浆孔内的电缆上的电极，测试段下放在相同深度。
上述一种跨孔电阻率CT探测立井地面预注浆效果的方法，在步骤(D)中，
注浆前测试，通过便携式计算机控制仪器主机，通过电极进行测试，并通过电缆将测试数据传输给仪器主机，仪器主机将采集的数据传输给便携式计算机，便携式计算机进行数据存储、数据处理和解释，并反演成可以读取的成果图，用于指导注浆施工；
测试完成后，断开电缆与仪器主机连接，将电缆连带电极从注浆孔内提出。
上述一种跨孔电阻率CT探测立井地面预注浆效果的方法，对注浆孔进行注浆施工，选择1～2对注浆孔，然后按照步骤(B)-步骤(D)进行注浆结束后钻成对的注浆孔、布置跨孔电阻率CT测试系统和注浆后跨孔电阻率CT测试、数据处理和解释。
上述一种跨孔电阻率CT探测立井地面预注浆效果的方法，在步骤(E)中，对注浆前后跨孔电阻率CT测试系统获得的数据资料进行对比分析，根据注浆前后注浆孔间剖面中电阻率的变化趋势，结合地质条件和注浆施工参数，综合分析注浆前后受注段含水特性的改善状况，评价注浆堵水效果。
上述一种跨孔电阻率CT探测立井地面预注浆效果的方法，注浆效果评价准则为：注浆后，如果受注层段富水区域电阻率明显增高，注浆后测试电阻率值比注浆前测试电阻值提高50％以上，且跨孔电阻率CT剖面上注浆前存在的低阻异常区域、在注浆后有明显减弱或消失，并没有新的明显的低阻异常区，结合其它地质资料及注浆施工资料，则可判定含水性能显著降低，达到了注浆堵水效果。
本发明的技术方案取得了如下有益的技术效果：
本申请提供一种利用物探技术探测立井地面预注浆效果的方法，通过跨孔电阻率CT测试，掌握在剖面上电阻率注浆前后的变化趋势，解释分析受注地层含水性的改善状况，从而评价注浆效果(主要是堵水效果)，指导注浆施工并作为注浆工程重要验收依据。
将跨孔电阻率CT技术用于立井地面预注浆堵水加固效果探测，为立井地面预注浆提供一种先进、简便、可靠的效果评价手段，克服当前水文试验误差较大、开挖实测时效滞后的缺点，为立井地面预注浆工程施工提供更多的地层条件信息和指导，为注浆工程验收提供可靠依据，为立井地面预注浆技术的应用及立井井筒安全快速建设提供更好的技术支撑。注浆前后S9-S3与S2-S10电阻率CT剖面对比图
附图说明
图1本发明跨孔电阻率CT测试系统的结构示意图；
图2竖井注浆孔及跨孔电阻率CT布置平面图；
图3本实施例中跨孔电阻率CT探测电极分布示意图；
图4本实施例中跨孔电阻率CT测试输出成果图：注浆前后S9-S3与S2-S10电阻率CT剖面对比图。
图中附图标记表示为：1-仪器主机，2-便携式计算机，3-下部滑轮，4-上部滑轮，5-钻塔，6-电缆，7-注浆孔套管，8-电极，9-注浆孔，10-电缆下放配重。
具体实施方式
跨孔电阻率CT是近年研发出的一种超高密度直流电法勘探方法，属于阵列勘探方法,是集电剖面法和电测深法为一体的一种电学层析成像方法。该方法主要以岩(矿)石的导电性差异为基础,研究在施加电场的作用下地中传导电流的分布规律,推断地下具有不同电阻率的地质体的赋存情况。
跨孔电阻率CT,是在2个钻孔内同一深度范围内同时放入带有电极的电缆，采集任意电极装置的视电阻率数据,即所有可能的电流点和电势点的组合,通过反演技术,获得电阻率成像剖面并进行地质解释，与其他高密度电阻率法的区别是：①普通高密度电阻率法是在地面布置测线，反映一定深度内岩层电阻率的分布和变化情况，而跨孔电阻率CT是将测线布置在2个穿过测试岩层的钻孔内，直接接触测量目标岩层的电阻率分布和变化情况，因此更准确，更可靠；②跨孔电阻率CT是大数据采集，因此反演成像更全面，更准确，更可靠,具有分辨率高、多解性低以及全自动、快速采集的特点,为高精度、小目标的勘探提供了可靠的保证。
岩层的电阻率主要与岩性、含水量、地层水矿化度有关，对于同一含水层或含水区域，注浆前电阻率应该是相对低值，在电阻率CT剖面上会出现低阻异常区，注浆后，帷幕范围内含水空隙被浆液充填，地下水被隔离，原有低阻异常应该会明显减弱或消失，不会有新的明显低阻异常区，这就是跨孔电阻率CT探测注浆效果的基本原理。
本申请中以滇中引水工程大理Ⅰ段施工2标香炉山隧洞为例进行说明。
1.概况
滇中引水工程是我国确立的节水供水重大水利工程中的标志性工程。工程由水源工程和输水工程两部分组成。水源工程位于玉龙县石鼓镇，从石鼓镇上游约1.5公里的金沙江取水，由泵站提水至总干渠。输水工程自丽江石鼓镇望城坡开始，途经丽江市、大理州、楚雄州、昆明市、玉溪市，终点为红河州新坡背。
滇中引水工程大理Ⅰ段施工2标香炉山隧洞，位于丽江市，为了加快施工进度在香炉山隧道处新增了一竖井，竖井井筒穿越地层主要为三叠系北衙组灰岩、白云质灰岩以及第三系侵入岩安山质玄武岩，围岩稳定条件较差，地下水丰富，为了保证施工安全和工程顺利开展，施工前需要对井筒周围进行注浆堵水加固处理。
井筒地面灌浆工程设计采用直孔+S孔方案。对井筒深度范围内中上部地层采用直孔进行灌浆治理，完成施工后钻探设备挪至距井筒中心较远处，采用S孔方案对井筒深度范围内中下部地层进行灌浆治理。在进行S孔施工时，可以开始进行井筒的掘砌施工，使上部井筒的掘砌施工与下部井筒的灌浆治理同步进行，缩短井筒建设总工期。
钻孔形成后，采用下行式分段灌浆的方法对井筒周边含水层进行治理，形成堵水帷幕，主要选用黏土水泥浆进行灌浆，结合一定量的单液水泥浆，对大溶洞、破碎地层进行加固。
注浆孔设计参数见表1及图2：
表1钻孔设计参数表
据国内外研究现状分析，尚未有通过物探手段对竖井地面预注浆效果进行检查与评价，因此本项目确定对跨孔电阻率CT进行注浆效果探测与评价的方法进行研究。
2、具体探测方案
为了研究软岩注浆技术，评价注浆效果，在同一区域分别在注浆前后开展地球物理探测工作，通过注浆前后的物性变化评价注浆效果。
具体方法如下：
(A)准备跨孔电阻率CT测试系统；
如图1和图3所示所示，跨孔电阻率CT测试系统包括仪器主机1、便携式计算机2、电缆6和电极8；
仪器主机1用于在便携式计算机控制下完成测试与数据采集；便携式计算机2内安装有电阻率CT测试软件，控制仪器主机1测试和采集，并进行数据存储和数据处理，并反演成可以读取的图像；电缆6用于供电、测试及数据传输；电极8由电缆6中每芯导线抽头压制而成，每一根电缆6在测试段长范围内按一定排列间距抽头做出若干电极，用于在孔间地层内进行供电和测量；
电缆6的一端安装有电缆下放配重10，电缆6的另一端与仪器主机1连接，仪器主机1与便携式计算机2连接。
(B)在注浆前完成对注浆孔9的施工；
注浆前选择两个基本同期结束的钻孔S3孔和S9孔，做S3-S9剖面跨孔电阻率CT探测；完成对所选成对的钻孔S3孔和S9孔的施工；
及时调整冲洗液，完成对所选成对的注浆孔9(钻孔S3孔和S9孔)的冲洗，保证注浆孔9(钻孔S3孔和S9孔)内岩屑沉淀和冲洗液浓度在允许范围内，保证达到设计测试深度及孔内安全。参见图3。
(C)布置跨孔电阻率CT测试系统；
如图1所示：(C-1)在地面上布置钻塔5，将电缆6穿过位于钻塔5上的下部滑轮3和上部滑轮4、并在电缆下放配重10的牵引下，下放至注浆孔9设计深度；位于成对的2个测试注浆孔9(钻孔S3孔和S9孔)内的电缆6上的电极8，测试段下放在相同深度。
(C-2)将仪器主机1和便携式计算机2放置于成对的2个测试注浆孔9(钻孔S3孔和S9孔)之间的安全位置；
(C-3)做好线路连接：位于成对的2个测试注浆孔9(钻孔S3孔和S9孔)内的电缆6的上部航空接头分别与仪器主机1连接；仪器主机1与便携式计算机2连接。
跨孔电阻率CT数据采集：每孔放一条多芯电缆6，将电极8串引至地面连接控制仪器主机1，每条电极数32个，极距3m，测量段长度93m，供电电压90v或250v，设置后工作参数后数据一次性采集，详见电极分布图图4。
本次跨孔电阻率CT测试段为360-460m。
(D)注浆前，利用跨孔电阻率CT测试系统的进行测试，反演成图，用于指导注浆施工；
通过便携式计算机控制进行跨孔电阻率自动测试；注浆前测试，通过便携式计算机2控制仪器主机1，通过电极8进行测试，并通过电缆6将测试数据传输给仪器主机1，仪器主机1将采集的数据传输给便携式计算机2，便携式计算机2进行数据存储、数据处理和解释，并反演成可以读取的成果图，用于指导注浆施工。
测试完成后，断开电缆6与仪器主机1连接，将电缆6连带电极8从注浆孔9内提出。
(E)注浆后，选择临近的钻孔S2孔和S10孔，做S2-S10剖面跨孔电阻率CT探测，再利用跨孔电阻率CT测试系统的进行测试，对注浆前后的电阻率的变化趋势进行分析，评价注浆堵水效果。
注浆前后的两次探测采用工作装置一致，数据采集参数一致，处理方法一致。勘探剖面布置平面图见图4。
探测结果分析：
注浆前做S3-S9剖面跨孔电阻率CT探测，注浆结束后，做S2-S10剖面电阻率CT探测，通过反演成像，形成两个电阻率分布剖面，见图3，通过对比分析，探查论价注浆效果。
在对跨孔电阻率CT剖面进行地质解析时主要以电阻率等值线异常为主。剖面图中用色度定义电阻率数值，为突出异常信息剖面间色标可能不同，一般剖面用深、浅蓝定义低电阻区，红色、黄色、绿色定义高阻区，蓝色代表低阻区。
通过注浆前的S9-S3电阻率CT剖面看，原始地层中384-392m段、418-425m段有明显低阻异常区域，450-460m段有中低阻异常区，为软弱含水区域。注浆结束后，从S2-S10剖面看，已经没有明显集中的低阻异常区，原384-392m、418-425m、450-460m段对应电阻率明显提高，电阻率前后对比数值结果见表2。表明原地层中软弱含水部位得到有效封堵，明显含水区域消失，达到了注浆效果。
表2注浆前后电阻率值对比
对注浆前后跨孔电阻率CT测试系统获得的数据资料进行对比分析，根据注浆前后注浆孔间剖面中电阻率的变化趋势，结合地质条件和注浆施工参数，综合分析注浆前后受注段含水特性的改善状况，评价注浆堵水效果。
注浆效果评价准则为：注浆后，如果受注层段富水区域电阻率明显增高，注浆后测试电阻率值比注浆前测试电阻值提高50％以上，且跨孔电阻率CT剖面上注浆前存在的低阻异常区域、在注浆后有明显减弱或消失，并没有新的明显的低阻异常区，结合其它地质资料及注浆施工资料，则可判定含水性能显著降低，达到了注浆堵水效果。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本专利申请权利要求的保护范围之中。
Claims (9)
1.一种跨孔电阻率CT探测立井地面预注浆效果的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(A)准备跨孔电阻率CT测试系统；
(B)在注浆前完成对注浆孔(9)的施工；
(C)布置跨孔电阻率CT测试系统；
(D)注浆前，利用跨孔电阻率CT测试系统的进行测试，反演成图，用于指导注浆施工；
(E)注浆后，再利用跨孔电阻率CT测试系统的进行测试，对注浆前后的电阻率的变化趋势进行分析，评价注浆堵水效果。
2.根据权利要求1所述的一种跨孔电阻率CT探测立井地面预注浆效果的方法，其特征在于，在步骤(A)中，跨孔电阻率CT测试系统包括仪器主机(1)、便携式计算机(2)、电缆(6)和电极(8)；
仪器主机(1)用于在便携式计算机控制下完成测试与数据采集；便携式计算机(2)内安装有电阻率CT测试软件，控制仪器主机(1)测试和采集，并进行数据存储和数据处理，并反演成可以读取的图像；电缆(6)用于供电、测试及数据传输；电极(8)由电缆(6)中每芯导线抽头压制而成，每一根电缆(6)在测试段长范围内按一定排列间距抽头做出若干电极，用于在孔间地层内进行供电和测量；
电缆(6)的一端安装有电缆下放配重(10)，电缆(6)的另一端与仪器主机(1)连接，仪器主机(1)与便携式计算机(2)连接。
3.根据权利要求2所述的一种跨孔电阻率CT探测立井地面预注浆效果的方法，其特征在于，在步骤(B)中，选择1～2对注浆孔(9)作为跨孔电阻率CT测试孔；完成对所选成对的注浆孔(9)的施工；
及时调整冲洗液，完成对所选成对的注浆孔(9)的冲洗，保证注浆孔(9)内岩屑沉淀和冲洗液浓度在允许范围内，保证达到设计测试深度及孔内安全。
4.根据权利要求2所述的一种跨孔电阻率CT探测立井地面预注浆效果的方法，其特征在于，在步骤(C)中，包括如下步骤：
(C-1)在地面上布置钻塔(5)，将电缆(6)穿过位于钻塔(5)上的下部滑轮(3)和上部滑轮(4)、并在电缆下放配重(10)的牵引下，下放至注浆孔(9)设计深度；
(C-2)将仪器主机(1)和便携式计算机(2)放置于成对的2个测试注浆孔(9)之间的安全位置；
(C-3)做好线路连接：位于成对的2个测试注浆孔(9)内的电缆(6)的上部航空接头分别与仪器主机(1)连接；仪器主机(1)与便携式计算机(2)连接。
5.根据权利要求4所述的一种跨孔电阻率CT探测立井地面预注浆效果的方法，其特征在于，位于成对的2个测试注浆孔(9)内的电缆(6)上的电极(8)，测试段下放在相同深度。
6.根据权利要求2所述的一种跨孔电阻率CT探测立井地面预注浆效果的方法，其特征在于，在步骤(D)中，
注浆前测试，通过便携式计算机(2)控制仪器主机(1)，通过电极(8)进行测试，并通过电缆(6)将测试数据传输给仪器主机(1)，仪器主机(1)将采集的数据传输给便携式计算机(2)，便携式计算机(2)进行数据存储、数据处理和解释，并反演成可以读取的成果图，用于指导注浆施工；
测试完成后，断开电缆(6)与仪器主机(1)连接，将电缆(6)连带电极(8)从注浆孔(9)内提出。
7.根据权利要求6所述的一种跨孔电阻率CT探测立井地面预注浆效果的方法，其特征在于，对注浆孔(9)进行注浆施工，选择1～2对注浆孔，然后按照步骤(B)-步骤(D)进行注浆结束后钻成对的注浆孔(9)、布置跨孔电阻率CT测试系统和注浆后跨孔电阻率CT测试、数据处理和解释。
8.根据权利要求7所述的一种跨孔电阻率CT探测立井地面预注浆效果的方法，其特征在于，在步骤(E)中，对注浆前后跨孔电阻率CT测试系统获得的数据资料进行对比分析，根据注浆前后注浆孔间剖面中电阻率的变化趋势，结合地质条件和注浆施工参数，综合分析注浆前后受注段含水特性的改善状况，评价注浆堵水效果。
9.根据权利要求8所述的一种跨孔电阻率CT探测立井地面预注浆效果的方法，其特征在于，注浆效果评价准则为：注浆后，如果受注层段富水区域电阻率明显增高，注浆后测试电阻率值比注浆前测试电阻值提高50％以上，且跨孔电阻率CT剖面上注浆前存在的低阻异常区域、在注浆后有明显减弱或消失，并没有新的明显的低阻异常区，结合其它地质资料及注浆施工资料，则可判定含水性能显著降低，达到了注浆堵水效果。
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| CN202310420176.1A CN116540309A (zh) | 2023-04-19 | 2023-04-19 | 一种跨孔电阻率ct探测立井地面预注浆效果的方法 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117075199A (zh) * | 2023-08-18 | 2023-11-17 | 中国铁路设计集团有限公司 | 基于天然源共振成像的既有铁路路基注浆效果评价方法 |
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2023
- 2023-04-19 CN CN202310420176.1A patent/CN116540309A/zh active Pending
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| CN117075199A (zh) * | 2023-08-18 | 2023-11-17 | 中国铁路设计集团有限公司 | 基于天然源共振成像的既有铁路路基注浆效果评价方法 |
| CN117075199B (zh) * | 2023-08-18 | 2024-03-22 | 中国铁路设计集团有限公司 | 基于天然源共振成像的既有铁路路基注浆效果评价方法 |
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