日本戶田建設(shè)開(kāi)發(fā)山嶺隧道地質(zhì)測(cè)量新技術(shù)DRi Log
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2021年3月5日，日本戶田建設(shè)開(kāi)發(fā)了一種用于山嶺隧道的地質(zhì)測(cè)量技術(shù)(DRi Log)，可以輕松測(cè)量開(kāi)挖面前方地質(zhì)的物理特征，這些物理特征對(duì)于安全合理地開(kāi)挖隧道非常重要。該技術(shù)將內(nèi)置傳感器的測(cè)量管插入開(kāi)挖面用于鉆探檢層等所設(shè)置的水平孔中，以獲得彈性波速度和電阻率分布等地質(zhì)物理特征，因此可以一次性獲取隧道施工所需的重要數(shù)據(jù)。

彈性波速度是用于地層分類的最重要指標(biāo)，因裂縫和破碎帶的存在而衰減；電阻率也可用于地層分類，但很容易受到地層中水分含量狀況和黏土化的影響。戶田建設(shè)認(rèn)為通過(guò)同時(shí)測(cè)量彈性波速度和電阻率，可以提高地質(zhì)狀況評(píng)估的準(zhǔn)確性。

開(kāi)發(fā)背景

了解開(kāi)挖面前方地質(zhì)情況可以有效避免山嶺隧道開(kāi)挖面坍塌等，對(duì)于安全施工十分重要。雖然之前戶田建設(shè)已經(jīng)開(kāi)發(fā)了一種可以直接觀察開(kāi)挖面前方地質(zhì)的內(nèi)窺鏡開(kāi)挖面前方調(diào)查技術(shù)(DRi Scope)，但無(wú)法掌握地層的物理特征。根據(jù)地質(zhì)情況，DRi Log技術(shù)與DRi Scope技術(shù)結(jié)合使用，有助于建立高層次的開(kāi)挖面前方探測(cè)系統(tǒng)，提高隧道開(kāi)挖的安全性和合理性。

技術(shù)要點(diǎn)

采用DRi Log技術(shù)時(shí)，使用液壓鑿巖臺(tái)車等先在開(kāi)挖面前方鑿30～50 m的水平孔，在水平孔內(nèi)插入可同時(shí)測(cè)量彈性波和電阻率的測(cè)量管，測(cè)量管由聚氯乙烯制成，既容易插入水平孔內(nèi)，又起到保護(hù)傳感器的作用。通過(guò)直接測(cè)量開(kāi)挖面前方的地質(zhì)特征，評(píng)估開(kāi)挖面前方的情況。

設(shè)置在測(cè)量管頂部的電阻率測(cè)量電極(測(cè)量傳感器)呈刷狀環(huán)形，便于和地層保持良好的接觸。電阻率測(cè)量電極有6個(gè)，通過(guò)切換3種模式的電極配置進(jìn)行測(cè)量是可行的。另外，在測(cè)量管內(nèi)部以2 m的間隔內(nèi)置有彈性波接收器。彈性波接收器是可以切斷的部件，連接到測(cè)量管的前端。即使在測(cè)量中孔壁坍塌導(dǎo)致不能拔出測(cè)量管，彈性波接收器等主要的傳感器仍然可以回收。

測(cè)量的方法是敲擊開(kāi)挖面，用測(cè)量管內(nèi)的接收器測(cè)量彈性波速度，然后一邊拔出測(cè)量管一邊移動(dòng)電極，用四電極法測(cè)量電阻率。這樣可以獲得開(kāi)挖面前方30～50 m區(qū)間的彈性波速度和電阻率分布。

工程應(yīng)用

戶田建設(shè)在日本設(shè)樂(lè)大壩設(shè)樂(lè)根羽線1號(hào)隧道施工中使用了該技術(shù)。在一次測(cè)量管插入作業(yè)中測(cè)量了開(kāi)挖面前方30 m內(nèi)的電阻率分布和彈性波速度。電阻率在孔隙粗糙的地方，除了因接觸不良而出現(xiàn)大的數(shù)值以外(約100 Ω·m)，與開(kāi)挖時(shí)的觀察結(jié)果對(duì)照，技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)所獲得的數(shù)值反映了地層情況。施工中得到的彈性波速度約為2.5 km/s(開(kāi)挖面區(qū)域除外)。

今后計(jì)劃

DRi Log技術(shù)可應(yīng)用于開(kāi)挖面前方50 m內(nèi)的地質(zhì)測(cè)量，通過(guò)結(jié)合已開(kāi)發(fā)的內(nèi)窺鏡開(kāi)挖面前方調(diào)查技術(shù)DRi Scope，可以獲得更精確的開(kāi)挖面前方地質(zhì)信息。戶田建設(shè)希望將該技術(shù)應(yīng)用于破碎帶等地質(zhì)條件惡劣的山嶺隧道工程中，以提高隧道施工的安全性和合理性，助力隧道施工。