盾構隧道吊裝孔破壁外伸式電磁波探地系統(tǒng)及其應用
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于隧道及地下工程領域，涉及適用于評價盾構隧道同步注漿效果及反饋確定現(xiàn)場注漿量及注漿壓力的裝置，尤其是盾構隧道吊裝孔破壁外伸式電磁波探地系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]盾構施工時管片與地層之間存在一定的空隙，為了防止地層變形、提高隧道的抗?jié)B性、確保管片襯砌的早期穩(wěn)定(外力均勻)，需要采取合理的注漿量和注漿壓力進行同步注漿。目前對于注漿量的確定是以盾尾間隙為基礎并結合地層、線路及掘進方式等考慮適當?shù)娘枬M系數(shù)來確定，而注漿壓力則考慮地層是否劈裂以及上覆土壓力來確定，兩者均對經(jīng)驗值依賴性較大；對于隧道壁后漿液的擴散范圍以及土體的情況并不清楚。目前我國的盾構隧道施工在軟土地區(qū)有較多的經(jīng)驗，在其他地層中的施工經(jīng)驗較少，因而在其他城市地層不同時，注漿量與注漿壓力經(jīng)驗值的適用性必然有所下降。因此有必要對不同地層中盾構隧道壁后的漿液效果進行檢測，從而調整現(xiàn)場的同步注漿施工參數(shù)。
[0003]目前現(xiàn)有的檢測手段主要通過探地雷達設備對盾構隧道壁后注漿體進行全斷面和縱向的探測，由于檢測裝置未伸入到注漿體中，其檢測效果及精度較差。
[0004]基于上述問題，有必要設計一種盾構隧道吊裝孔破壁外伸式電磁波探地系統(tǒng)，以探明盾構隧道壁后注漿效果，確定現(xiàn)場注漿參數(shù)，保證施工質量。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明的目的在于針對不同地層中同步注漿漿液擴散情況及注漿效果不同的特性，提供一種盾構隧道吊裝孔破壁外伸式電磁波探地系統(tǒng)及其應用。
[0006]為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術方案是:
[0007]一種盾構隧道吊裝孔破壁外伸式電磁波探地系統(tǒng)，該系統(tǒng)由外伸式電磁波發(fā)射探桿、外伸式電磁波接收探桿和鉆孔地質雷達組成，所述的外伸式電磁波發(fā)射探桿和外伸式電磁波接收探桿分別與鉆孔地質雷達的發(fā)射天線和接收天線連接。
[0008]進一步，所述外伸式電磁波發(fā)射探桿和外伸式電磁波接收探桿均根據(jù)探測范圍組裝而成，其內部分別內嵌有發(fā)射源和接收源以及傳遞線路；所述鉆孔地質雷達通過發(fā)射天線和接收天線分別與外伸式電磁波發(fā)射探桿和外伸式電磁波接收探桿的線路接口連接，使得發(fā)射信號順利傳遞至外伸式電磁波發(fā)射探桿中、接收信號由外伸式電磁波接收探桿順利傳回。
[0009]所述的外伸式電磁波發(fā)射探桿包括一節(jié)可與發(fā)射天線連接的初始發(fā)射桿，一節(jié)單端連接的終端發(fā)射桿，以及根據(jù)探測深度配置的若干節(jié)中間發(fā)射桿連接組成，發(fā)射桿內部都內嵌有電磁波發(fā)射源及信號傳遞線路，發(fā)射桿端頭的連接為螺紋連接以保證整個外伸式電磁波發(fā)射探桿的電磁波信號傳遞的整體性，初始發(fā)射桿一端設有線路接口，終端發(fā)射桿一端閉合。
[0010]所述每節(jié)發(fā)射桿為長200mm、直徑40mm的圓桿。[0011 ] 所述的外伸式電磁波接收探桿，包括一節(jié)可與接收天線連接的初始接收桿，一節(jié)單端連接的終端接收桿，以及根據(jù)探測深度配置的若干節(jié)中間接收桿連接組成，接收桿內部都內嵌有電磁波接收源及信號傳遞線路，接收桿端頭的連接為螺紋連接，以保證整個外伸式電磁波接收探桿的電磁波信號傳遞的整體性，初始接收桿一端設有線路接口，終端接收桿一端閉合。
[0012]所述每節(jié)接收桿為長200mm、直徑40mm的圓桿。
[0013]上述的盾構隧道吊裝孔破壁外伸式電磁波探地系統(tǒng)的應用方法，包括以下步驟:測定現(xiàn)場同步注漿漿液初凝時間；根據(jù)現(xiàn)場同步注漿漿液的初凝時間確定需探測的管片位置；通過該環(huán)管片的吊裝孔進行破壁鉆孔；通過本發(fā)明的探地系統(tǒng)，即外伸式電磁波發(fā)射探桿、外伸式電磁波接收探桿和鉆孔地質雷達進行鉆孔地質雷達層析掃描；數(shù)據(jù)分析和反演計算得到注漿體分布范圍；結合現(xiàn)場施工參數(shù)及漿液性能，反饋調整注漿量及注漿壓力。
[0014]進一步，包括:
[0015](I)利用砂漿凝結時間測定儀測定現(xiàn)場同步注漿漿液的初凝時間；
[0016](2)根據(jù)現(xiàn)場測定得到的同步注漿漿液初凝時間，結合盾構掘進情況，得到壁后同步注漿漿液處于初凝狀態(tài)的管片環(huán)號，該環(huán)即為需要探測的管片；
[0017](3)通過該環(huán)盾構隧道管片吊裝孔進行破壁鉆孔，獲得鉆孔地質雷達的發(fā)射及接收鉆孔位置；
[0018](4)將鉆孔地質雷達的發(fā)射天線與接收天線分別與外伸式電磁波發(fā)射探桿和外伸式電磁波接收探桿連接，并將外伸式電磁波發(fā)射探桿和外伸式電磁波接收探桿分別放置于相鄰的兩鉆孔中，通過鉆孔地質雷達對盾構隧道壁后注漿體進行層析掃描；
[0019]外伸式電磁波發(fā)射探桿同一位置的發(fā)射源發(fā)射特定頻率的電磁波，外伸式電磁波接收探桿不同位置的接收源接收該發(fā)射源發(fā)射的電磁波，可得到一系列的射線，記為一次掃描，則外伸式電磁波發(fā)射探桿所有位置發(fā)射源的掃描記為該鉆孔區(qū)間內的所有掃描，則所有鉆孔區(qū)間內的所有掃描便是盾構隧道壁后隧道注漿體的層析掃描；層析掃描中的射線需覆蓋整個注漿體分布區(qū)，并需達到一定的密度；
[0020](5)通過數(shù)據(jù)分析和反演計算得出盾構隧道壁后注漿體的分布范圍；
[0021]A.對原始數(shù)據(jù)做濾波處理，去除隨機噪聲；
[0022]B.將掃描序列和鉆孔資料錄入微機，建立鉆孔、射線以及振幅(走時)間的內在聯(lián)系;
[0023]C.對射線進行計算機自動處理，求得射線走時和振幅，并以人機對話方式進行錯誤射線校正；
[0024]D.選定層析成像參數(shù)，采用共軛梯度法迭代求解各像元的衰減系數(shù)或慢度；
[0025]E.為避免像元邊界處所得物性參數(shù)突變，還須采用樣條插值法對各像元參數(shù)做圓滑處理；
[0026]F.生成雷達層析圖像；
[0027](6)根據(jù)鉆孔地質雷達層析成像結果，結合現(xiàn)場施工參數(shù)及漿液性能，反饋調整后續(xù)各注漿管的注漿量及注漿壓力，保證隧道的施工質量。
[0028]由于采用上述方案，本發(fā)明的有益效果是:
[0029]1、本發(fā)明的外伸式電磁波發(fā)射探桿和外伸式電磁波接收探桿可以伸入到隧道周圍土體中，相對于現(xiàn)有的地質雷達檢測儀器而言，該系統(tǒng)可以發(fā)揮鉆孔的最大效益，適用于地層深部的高分辨率探測。
[0030]2、本發(fā)明可以根據(jù)探測范圍設置不同的探桿長度，保證了檢測范圍內包含所有的注漿體，解決了現(xiàn)有儀器因電磁波頻率損失嚴重而導致的檢測范圍不足的問題。
[0031]3、本發(fā)明的發(fā)射探桿和接收探桿裝置獨立，若一節(jié)發(fā)射探桿或接收探桿損壞，其他的發(fā)射探桿或接收探桿仍可正常工作，解決了傳統(tǒng)探測儀器電磁波發(fā)射天線或接收天線損壞就不能繼續(xù)探測的問題。
[0032]4、本發(fā)明是一套可拆卸、重復利用的系統(tǒng)，結構組成簡單，維護使用方便，具有防塵、防水和防震的功能。
【附圖說明】
[0033]圖1是本發(fā)明實施例盾構隧道吊裝孔破壁外伸式電磁波探地系統(tǒng)布置示意圖。
[0034]圖2是本發(fā)明實施例盾構隧道吊裝孔破壁外伸式電磁波探地系統(tǒng)流程圖。
[0035]附圖標注:1外伸式電磁波發(fā)射探桿；2外伸式電磁波接收探桿；3鉆孔地質雷達；4發(fā)射源；5接收源；6發(fā)射天線；7接收天線；8管片；9吊裝孔；10注漿體；11電磁波。
【具體實施方式】
[0036]以下結合附圖所示實施例對本發(fā)明作進一步的說明。
[0037]盾構隧道吊裝孔破壁外伸式電磁波探地系統(tǒng)由外伸式電磁波發(fā)射探桿1、外伸式電磁