漂卵石地層電磁波探測空洞系統(tǒng)及應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于隧道及地下工程領(lǐng)域，涉及地下工程隧道穿越漂卵石地層引發(fā)滯后大變形所導(dǎo)致的地層空洞的實時探測裝備及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前我國城市軌道交通大力發(fā)展，各大城市競相開展地鐵建設(shè)工作。地鐵的線路大多穿越主城區(qū)，地表多為城市道路或民用、商用建筑物。地鐵的建設(shè)大多采用暗挖法施工，不同土層對施工的影響不同。我國西南部地區(qū)漂卵石地層分布廣泛，影響漂卵石地層施工因素眾多，其中由地層空洞引起的地表塌陷問題尤為突出，地鐵施工就必須掌握施工沿線區(qū)域的地層空洞情況。
[0003]空洞探測主要有3種方法:探地雷達、自然電磁場法、瑞雷面波法。探地雷達是利用電磁波的反射原理探測地下介質(zhì)分布或埋藏物的一種地球物理方法；自然電磁場法是通過探測地下地層感應(yīng)到的地下電磁場強度來探測不同電性地層分布；瑞雷面波法是通過瑞雷面波在遇到不同密度的地層界面時會發(fā)生頻散現(xiàn)象來探測不同密度地層分布的。上述方法雖然都能在一定程度上探測出地層空洞的范圍、大小，但存在設(shè)備造價高、探測深度小、成相不清晰、結(jié)果不精準等不足。因此，亟需開發(fā)一種新型探測系統(tǒng)以適用于漂卵石地層空洞的探測。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種電磁波探測地層空洞系統(tǒng)及其應(yīng)用，尤其適用于漂卵石地層，針對漂卵石地層空洞類型不同、規(guī)模大小不一、走向和延伸不明顯、形狀不規(guī)則等特性加以有效的解決。
[0005]為達到上述目的，本發(fā)明的解決方案是:
[0006]一種漂卵石地層電磁波探測空洞系統(tǒng)，該系統(tǒng)的地下部分由電磁波發(fā)射探桿和電磁波接收探桿組成，地上部分由圖像顯示器、數(shù)據(jù)處理器、數(shù)據(jù)儲存器、數(shù)據(jù)儲換器、脈沖發(fā)射控制器、雷達主機控制系統(tǒng)、脈沖接收控制器、顯示控制器組成，入地式探桿中電磁波的發(fā)射器和接收器是相互獨立的，配合不同長度的探桿進行探測工作，以滿足實際的探底空洞需求。
[0007]進一步，雷達主機控制系統(tǒng)與脈沖發(fā)射控制器相連以對其進行控制，脈沖發(fā)射控制器與發(fā)射器相連以對其進行控制，脈沖發(fā)射控制器根據(jù)雷達主機控制系統(tǒng)發(fā)出的指令將控制信號傳遞給發(fā)射器，電磁波發(fā)射探桿與發(fā)射器相連以將發(fā)射器發(fā)射的特定頻率的電磁波傳遞到地層中；雷達主機控制系統(tǒng)與脈沖接收控制器相連以對其進行控制，脈沖接收控制器與接收器相連，接收器與電磁波接收探桿相連，接收器將電磁波接收探桿收集的電磁波信號傳遞至數(shù)據(jù)儲換器；
[0008]雷達主機控制系統(tǒng)與數(shù)據(jù)儲存器、數(shù)據(jù)儲換器相連以對其進行實時控制；
[0009]雷達控制系統(tǒng)與顯示控制器相連以對其進行控制，通過顯示控制器上實時顯示的數(shù)據(jù)來調(diào)整控制脈沖發(fā)射控制器；
[0010]數(shù)據(jù)儲存器與數(shù)據(jù)處理器相連；數(shù)據(jù)處理器與圖像顯示器相連。
[0011]所述電磁波發(fā)射探桿包括一節(jié)單頭連接的底部桿和一節(jié)與發(fā)射器結(jié)合的初始發(fā)射桿，加上根據(jù)探測地層深度配置的若干節(jié)圓筒形桿件連接組成；每節(jié)發(fā)射桿中都配備獨立的電磁波發(fā)射裝置，桿件端頭的連接為螺紋連接以保證整個電磁波發(fā)射桿的電磁波信號傳遞的整體性。
[0012]所述電磁波接收探桿包括一節(jié)單頭連接的底部桿和一節(jié)與接收器配合的初始接收桿，加上根據(jù)探測地層深度配置的若干節(jié)圓筒形桿件連接組成，每節(jié)接收桿中都配備了獨立的電磁波接收裝置。
[0013]所述圓筒形桿件高1000mm、直徑100mm、壁厚4mm。
[0014]一種上述的漂卵石地層電磁波探測空洞系統(tǒng)在探測地層空洞中的應(yīng)用。
[0015]將系統(tǒng)的電磁波發(fā)射探桿、電磁波接收探桿置入地層中，控制電磁波發(fā)射探桿發(fā)射電磁波，電磁波接收探桿將接收到的電磁波信號通過接收器反饋給脈沖接收控制器，脈沖接收控制器將接收到的電磁波信號輸送到數(shù)據(jù)儲換器中，數(shù)據(jù)儲換器將信號傳遞到數(shù)據(jù)儲存器中，數(shù)據(jù)儲存器發(fā)送數(shù)據(jù)信息至數(shù)據(jù)處理器，或者根據(jù)雷達主機控制系統(tǒng)的指令將數(shù)據(jù)處理器中的信息提取到數(shù)據(jù)儲存器中；數(shù)據(jù)處理器將處理好的信號傳遞到圖像顯示器以實時顯示地層中的空洞情況。
[0016]進一步，根據(jù)電磁波在地層的有效探測精度動態(tài)調(diào)整所述電磁波發(fā)射探桿和電磁波接受探桿的間距；或，根據(jù)所述電磁波發(fā)射探桿和電磁波接受探桿的間距調(diào)節(jié)控制發(fā)射不同頻率的電磁波。
[0017]優(yōu)選的一種應(yīng)用:
[0018](I)將系統(tǒng)的電磁波發(fā)射探桿、電磁波接收探桿置入預(yù)先打好的豎向孔中；
[0019](2)待探桿放入預(yù)先打好的豎向孔中后，使用探桿上的插頭與探測系統(tǒng)相連接；該系統(tǒng)同時能匹配使用不同深度要求的探桿，或者根據(jù)兩桿的橫向間距調(diào)節(jié)發(fā)射不同頻率的電磁波；
[0020](3)控制電磁波發(fā)射探桿向周圍發(fā)射電磁波，由電磁波接收探桿接收電磁波信號，將接收到的電磁波傳送至脈沖接收控制器；并依次傳遞到數(shù)據(jù)儲換器、數(shù)據(jù)儲存器、數(shù)據(jù)處理器，數(shù)據(jù)處理器將數(shù)據(jù)處理完畢后將在圖像顯示器上實時呈現(xiàn)，顯示地層中是否存在空洞，以及空洞的大小、位置、形態(tài)；
[0021](4)根據(jù)前期探測結(jié)果有針對性地加固地層，在地層加固處理之后，運用漂卵石地層電磁波探測空洞系統(tǒng)探測地層加固的效果，對施工的下一步開展提供實質(zhì)性的支持。
[0022]優(yōu)選的另一種應(yīng)用:
[0023](I)根據(jù)漂卵石地層施工需要，確定施工路線沿線的探測方案，將漂卵石地層空洞探測分為施工前地層空洞實測、施工中地層空洞的變化探測、施工后地層空洞探測；
[0024](2)根據(jù)大漂石地層施工方案中確定的施工路線沿線的探測方案，可以結(jié)合施工現(xiàn)場的施工機械或使用地勘鉆機向地下打符合探測方案要求的探孔；打孔時控制孔徑稍大于探測孔并盡量避免傾斜，將孔中的泥土及時清理出來，形成可供探桿深入的豎直探孔；
[0025](3)探孔結(jié)束施工后，及時開展地層空洞探測工作，避免因漂卵石地層中探孔塌陷照成探桿難以深入地下，盡量在探孔結(jié)束施工后就立即開展探孔入地工作。
[0026](4)待探桿深入探孔后，探桿中的插線連接地面空洞探測系統(tǒng)，根據(jù)顯示控制器上的顯示資料操作雷達主機控制系統(tǒng)控制發(fā)射不同頻率的電磁波；考慮到每次探測地層空洞時，地層中漂卵石的含量、分布形式、大小以及地層介質(zhì)的介電常數(shù)都可能不一樣，每次進行正式探測前都需要調(diào)整電磁波的發(fā)射頻率；根據(jù)接收器接收的電磁波經(jīng)過一系列的處理后反饋到圖像顯示器上，再根據(jù)圖像顯示器的圖像的清晰狀態(tài)調(diào)節(jié)電磁波的發(fā)射頻率；
[0027](5)根據(jù)圖像顯示器中測得的最終地層空洞情況，判斷漂卵石地層中空洞的大小、分布形態(tài)、位置、走向等信息，及時將具體的資料反饋給施工方，施工方根據(jù)實測資料確定是否需要對地層空洞進行處理；
[0028](6)對需要處理的地層空洞應(yīng)進行施工中的空洞探測，確保施工質(zhì)量；對于不需要處理的空洞也應(yīng)該繼續(xù)探測，防止因為施工對地層的影響造成地層空洞的進一步惡化；
[0029](7)對于空洞處理后的地層仍舊應(yīng)該保持一定的探測頻率，確保施工后地層空洞處理后不再變化，也應(yīng)及時關(guān)注是否因為施工作業(yè)面周圍是否會因為土體擾動、或施工填筑量不夠形成二次地層空洞；
[0030](8)地層空洞的探測都應(yīng)該留底存檔，便于下次探測時進行對比，通過對比反應(yīng)出地層空洞的具體變化情況，若存在由地層原因或施工原因造成地層空洞的擴大，應(yīng)立即將信息反饋給施工方，施工方理解停止施工，查明地層空洞的擴大的具體原因，找到針對性、有效性的解決方案，確保施