CBRD跨孔雷达技术:隧道孔间 CT 探测破局赋能复杂地层超前钻探

本文介绍了CBRD跨孔雷达技术在软岩破碎地层、复杂地质条件中施工的TBM隧道中的应用,通过在两个超前钻孔之间进行CT探测,查明岩体裂隙、岩溶和地下水分布,弥补一孔之见的限制。

● 同度CBRD型双通道跨孔雷达

双通道跨孔雷达,双通道顾名思义就是有两个通道,一个通道记录发射天线发射出来的信号,另一个通道记录接收天线收到的信号。通过两个信号的互相关联获取孔间电磁波的走势,做电磁波波速CT;用发射信号的幅值对接收信号进行归一化,获取电磁波信号沿孔间的衰减,做衰减CT。

通过电磁波速CT、衰减CT(趋肤深度)、电阻率CT和波阻抗曲线的变化,对岩溶、空洞、采空区、孤石、坝基渗漏、防渗帷幕及注浆效果等水文与工程地质问题进行勘探,找矿等金属矿探测领域。所以这里强调CBRD是一种双通道跨孔雷达。

双通道跨孔雷达设备

● 成果的含义解析

成果:电磁波波速CT

○ 波速与介电常数有关,反应风化程度以及含水量和空隙率等状态;

○干燥完整岩体的波速在0.1-0.15m/ns范围内,低波速意味着含水量增高,高波速意味着孔隙率增加。

成果:电阻率CT

○ 电阻率反应岩石的导电性,完整干燥的岩体,破碎不含水的岩体和含水岩体的电阻率相差1-3个数量级,显示度较高;

○ 识别电阻率异常区域,例如煤矿底板含水性,富水采空区,矿产等;

○ 常规是通过电阻率CT设备,在孔中布置高密度的电极阵列,由跨孔雷达来完成这个成果,省去了一套专用的设备。

常见地质对象电阻率与电磁波速解释参考表 

● 案例应用中超前钻探遇到的异常

✔ 前方12-13m段岩体破碎(压力20bar/正常40bar,钻速0.8m/min,推测大裂隙;

✔ 前方23-25m段涌黄色浑浊水且水量增大,护盾导水孔流量减小,前方10-12m、25-30m水量增大;

✔ 为明确两个钻孔间的地质精细结构,应用同度CBRD型双通道跨孔雷达补充探测。

● CBRD技术的探测结果分析

采集剖面为3#-2#孔。

发射孔为3#,深度17m。

接收孔为2#,深度10m。

剖面中发现节理裂隙发育区2处:

1.水平距离0~5m,深度约4.5~11m范围内存在节理裂隙发育区。波速为0.06~0.07m/ns,波速稍低。电阻率为100~200Ω:m,较低,推测该段围岩含水。

2.水平距离3~8m,深度约为0~4.5m范围内存在节理裂隙发育区。波速为0.06~0.07m/ns,波速稍低。电阳率为800~1000Ω:m,电阻率高,推测该段围岩含水较少。

● 总结

本次应急抢险项目中,受钻孔塌方,雷达天线能进入的孔深度受限在十几米的范围,存在一定局限性。但此次实践具有重要意义,为超前钻探与跨孔 CT 技术的结合应用进行了积极探索,积累了宝贵经验,为后续类似工程提供了有益参考,也为提升复杂地质条件下的探测技术水平奠定了基础。


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