功能:

CFC用于隧道前方围岩含水性与含水量的预报。适用于钻爆、盾构、TBM隧洞与煤矿巷道。CFC不受掘进机机头和拱架等金属机具的影响,阵列方向性观测滤除侧向干扰,预报前方距离100米内含水体的分布和含水量的大小,分辨率达到1m。

工作原理:

CFC是一种基于电磁波反射与相干原理的探水技术。岩体含水后电导率和电容率增大,波阻抗降低。CFC通过在隧道侧壁围岩中布置发射和多对平行接收电极,组成阵列式观测方式。利用100kHz~10MHz频段对干湿岩体波阻抗差异的敏感性,进行电磁波反射与相干测量。经由发射频谱的归一化处理,得到各接收点的相干频谱。对所有接收点相干频谱进行联合成像,由相干频率确定含水体的位置,由相干强度确定含水量的大小。。

技术指标:

预报距离:100m ,分辨率1m;

信号频带:100khz-10Mhz

采集通道:2

最高采样率:400MHz

A/D转换16位

优势:

探测距离远不受金属机具影响,用锚杆、电极做天线,电磁波传播于岩体中

分辨率高,米级,选用对岩体含水性最敏感的频段

可靠性,阵列接收,具有方向性,双通道记录,归一化处理,消除发射因素的影响

同时确定含水部位和含水量大小及最优波速与介电常数

典型案例索引

1.国外TBM引水隧道

2.某重点工程TBM引水隧道探水

3.新疆某隧道探水地描结果与CFC结果的对应一致

4.某钻爆法高铁隧道探水

5.CFC与瞬变电磁预报对比

6.CFC在竖井做超前探水并用超前钻探验证

7.管片式隧道超前探水

8.煤矿掘锚机应用

工程案例:

1.国外TBM引水隧道

1.某重点工程TBM引水隧道探水

CFC基于一种新的电磁探水技术--复频电导率法。它利用含水岩体电导率和电容率增大的特性,通过测量围岩中复电导率的分布推测岩体含水量的大小。该产品的观测系统布置在隧道侧壁,进行递进式超前预报,预报掌子面前方100米内围岩的含水性、含水量。建议与TST同时应用综合解释。

预报结果与开挖验证:

本次预报范围内围岩平均相对介电常数为14.06,含水量较大,特别是在掌子面附近5m,以及88~98m范围,存在强反射带,含水量较大,有涌水可能。开挖到8m左右涌水现象消失。与预报结果吻合。

3.新疆某隧道探水地描结果与CFC结果的对应一致

4.某钻爆法高铁隧道探水

5.CFC与瞬变电磁预报对比

依托玉墨铁路某隧道实际项目做CFC复频电导法与TEM瞬变电磁法的实际应用对比。开挖结果表明,CFC探水技术与TEM相比,可有效避免隧道内台架等大型设备以及施工用电等强干扰,预报结果更准确。TEM在掌子面20m内存在盲区,这恰巧是施工方所关注以及能够处理的位置,而CFC不存在探测盲区,可进行递进式探水预报。


CFC成果(上图)瞬变电磁成果(中图)开挖地质素描(下图)

现场地质素描结果如下:
1、P5DK0+760~P5DK0+783段,揭露围岩为灰白色砂岩,泥岩,强风化,中~厚层状,围岩较破碎~局部破碎,节理裂隙欠发育,掌子面潮湿,局部沿裂隙滴水。
2、P5DK0+783~P5DK0+860段,揭露围岩为灰白色砂岩,泥岩,强风化,中~厚层状,围岩破碎,层间夹有泥质夹层,节理裂隙发育,为短小型节理,层间结合性较差,沿裂隙面滴渗水,局部滴水成线。其中P5DK0+827~P5DK0+838段,地下水发育,沿裂隙面线状流水,拱脚有水渗出。
由开挖验证可以看出,本次预报CFC结果与实际开挖情况较为吻合。

6.CFC在竖井做超前探水并用超前钻探验证

依托大瑞铁路某隧道进行竖井的超前地质预报。竖井的预报难点在于:
(1)井身狭小;(2)关注地下水发育程度;(3)安全考虑施做时间必须短。


CFC现场观测布置图

竖井掌子面S1FK0+632前方100m围岩含水结构的CFC偏移图像如下。得知60~100m段围岩在CFC的偏移图像中以黄-红色为主,特别是在77~91之间为强反射的红色。推断该段围岩或受岩体破碎影响,水量较大,以股状涌水为主。


CFC现场观测布置图

通过超前探水孔验证股状出水,钻孔总水量约40m^3/h,与物探结果相符合。


7.管片式隧道超前探水

盾构隧道和护盾式TBM隧道的一个主要特点是将探测设备和隧道围岩用管片隔开。为了进行有效的CFC超前探水,CFC的电极网必须接触到岩体。CFC已经解决了这个难题。


CFC现场采集图

数据处理结果得到李崂区间左线掌子面ZDK17+339前方100m围岩含水结构的CFC偏移图像,其中平均介电常数为3.605。与TST成果一起解释,如下图。


TST偏移图像和围岩波速分析图(上)CFC偏移图像(下)

成果如下表:


8.煤矿掘锚机一体机智能化集成探水设备