功能:

CFC用于隧道前方圍巖含水性與含水量的預(yù)報(bào)。適用于鉆爆、盾構(gòu)、TBM隧洞與煤礦巷道。CFC不受掘進(jìn)機(jī)機(jī)頭和拱架等金屬機(jī)具的影響,陣列方向性觀測(cè)濾除側(cè)向干擾,預(yù)報(bào)前方距離100米內(nèi)含水體的分布和含水量的大小,分辨率達(dá)到1m。

工作原理:

CFC是一種基于電磁波反射與相干原理的探水技術(shù)。巖體含水后電導(dǎo)率和電容率增大,波阻抗降低。CFC通過(guò)在隧道側(cè)壁圍巖中布置發(fā)射和多對(duì)平行接收電極,組成陣列式觀測(cè)方式。利用100kHz~10MHz頻段對(duì)干濕巖體波阻抗差異的敏感性,進(jìn)行電磁波反射與相干測(cè)量。經(jīng)由發(fā)射頻譜的歸一化處理,得到各接收點(diǎn)的相干頻譜。對(duì)所有接收點(diǎn)相干頻譜進(jìn)行聯(lián)合成像,由相干頻率確定含水體的位置,由相干強(qiáng)度確定含水量的大小。。

技術(shù)指標(biāo):

預(yù)報(bào)距離:100m ,分辨率1m;

信號(hào)頻帶:100khz-10Mhz

采集通道:2

最高采樣率:400MHz

A/D轉(zhuǎn)換16位

優(yōu)勢(shì):

探測(cè)距離遠(yuǎn)不受金屬機(jī)具影響,用錨桿、電極做天線,電磁波傳播于巖體中

分辨率高,米級(jí),選用對(duì)巖體含水性最敏感的頻段

可靠性,陣列接收,具有方向性,雙通道記錄,歸一化處理,消除發(fā)射因素的影響

同時(shí)確定含水部位和含水量大小及最優(yōu)波速與介電常數(shù)

典型案例索引

1.國(guó)外TBM引水隧道

2.某重點(diǎn)工程TBM引水隧道探水

3.新疆某隧道探水地描結(jié)果與CFC結(jié)果的對(duì)應(yīng)一致

4.某鉆爆法高鐵隧道探水

5.CFC與瞬變電磁預(yù)報(bào)對(duì)比

6.CFC在豎井做超前探水并用超前鉆探驗(yàn)證

7.管片式隧道超前探水

8.煤礦掘錨機(jī)應(yīng)用

工程案例:

1.國(guó)外TBM引水隧道

1.某重點(diǎn)工程TBM引水隧道探水

CFC基于一種新的電磁探水技術(shù)--復(fù)頻電導(dǎo)率法。它利用含水巖體電導(dǎo)率和電容率增大的特性,通過(guò)測(cè)量圍巖中復(fù)電導(dǎo)率的分布推測(cè)巖體含水量的大小。該產(chǎn)品的觀測(cè)系統(tǒng)布置在隧道側(cè)壁,進(jìn)行遞進(jìn)式超前預(yù)報(bào),預(yù)報(bào)掌子面前方100米內(nèi)圍巖的含水性、含水量。建議與TST同時(shí)應(yīng)用綜合解釋。

預(yù)報(bào)結(jié)果與開(kāi)挖驗(yàn)證:

本次預(yù)報(bào)范圍內(nèi)圍巖平均相對(duì)介電常數(shù)為14.06,含水量較大,特別是在掌子面附近5m,以及88~98m范圍,存在強(qiáng)反射帶,含水量較大,有涌水可能。開(kāi)挖到8m左右涌水現(xiàn)象消失。與預(yù)報(bào)結(jié)果吻合。

3.新疆某隧道探水地描結(jié)果與CFC結(jié)果的對(duì)應(yīng)一致

4.某鉆爆法高鐵隧道探水

5.CFC與瞬變電磁預(yù)報(bào)對(duì)比

依托玉墨鐵路某隧道實(shí)際項(xiàng)目做CFC復(fù)頻電導(dǎo)法與TEM瞬變電磁法的實(shí)際應(yīng)用對(duì)比。開(kāi)挖結(jié)果表明,CFC探水技術(shù)與TEM相比,可有效避免隧道內(nèi)臺(tái)架等大型設(shè)備以及施工用電等強(qiáng)干擾,預(yù)報(bào)結(jié)果更準(zhǔn)確。TEM在掌子面20m內(nèi)存在盲區(qū),這恰巧是施工方所關(guān)注以及能夠處理的位置,而CFC不存在探測(cè)盲區(qū),可進(jìn)行遞進(jìn)式探水預(yù)報(bào)。


CFC成果(上圖)瞬變電磁成果(中圖)開(kāi)挖地質(zhì)素描(下圖)

現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)素描結(jié)果如下:
1、P5DK0+760~P5DK0+783段,揭露圍巖為灰白色砂巖,泥巖,強(qiáng)風(fēng)化,中~厚層狀,圍巖較破碎~局部破碎,節(jié)理裂隙欠發(fā)育,掌子面潮濕,局部沿裂隙滴水。
2、P5DK0+783~P5DK0+860段,揭露圍巖為灰白色砂巖,泥巖,強(qiáng)風(fēng)化,中~厚層狀,圍巖破碎,層間夾有泥質(zhì)夾層,節(jié)理裂隙發(fā)育,為短小型節(jié)理,層間結(jié)合性較差,沿裂隙面滴滲水,局部滴水成線。其中P5DK0+827~P5DK0+838段,地下水發(fā)育,沿裂隙面線狀流水,拱腳有水滲出。
由開(kāi)挖驗(yàn)證可以看出,本次預(yù)報(bào)CFC結(jié)果與實(shí)際開(kāi)挖情況較為吻合。

6.CFC在豎井做超前探水并用超前鉆探驗(yàn)證

依托大瑞鐵路某隧道進(jìn)行豎井的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)。豎井的預(yù)報(bào)難點(diǎn)在于:
(1)井身狹?。唬?)關(guān)注地下水發(fā)育程度;(3)安全考慮現(xiàn)場(chǎng)操作時(shí)間必須短。


CFC現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)布置圖

豎井掌子面S1FK0+632前方100m圍巖含水結(jié)構(gòu)的CFC偏移圖像如下。得知60~100m段圍巖在CFC的偏移圖像中以黃-紅色為主,特別是在77~91之間為強(qiáng)反射的紅色。推斷該段圍巖或受巖體破碎影響,水量較大,以股狀涌水為主。


CFC現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)布置圖

通過(guò)超前探水孔驗(yàn)證股狀出水,鉆孔總水量約40m^3/h,與物探結(jié)果相符合。


7.管片式隧道超前探水

盾構(gòu)隧道和護(hù)盾式TBM隧道的一個(gè)主要特點(diǎn)是將探測(cè)設(shè)備和隧道圍巖用管片隔開(kāi)。為了進(jìn)行有效的CFC超前探水,CFC的電極網(wǎng)必須接觸到巖體。CFC已經(jīng)解決了這個(gè)難題。


CFC現(xiàn)場(chǎng)采集圖

數(shù)據(jù)處理結(jié)果得到李嶗區(qū)間左線掌子面ZDK17+339前方100m圍巖含水結(jié)構(gòu)的CFC偏移圖像,其中平均介電常數(shù)為3.605。與TST成果一起解釋,如下圖。


TST偏移圖像和圍巖波速分析圖(上)CFC偏移圖像(下)

成果如下表:


8.煤礦掘錨機(jī)一體機(jī)智能化集成探水設(shè)備