孔內成像系統在隧道超前地質預報中的應用

寧 建 強

(中鐵十七局集團第五工程有限公司，山西 太原 030032)

孔內成像系統在隧道超前地質預報中的應用

寧 建 強

(中鐵十七局集團第五工程有限公司，山西 太原 030032)

介紹了超前地質鉆孔孔內成像系統的組成與技術特點，并以南扎隧道工程為例，采取了孔內成像輔助超前鉆探的方法，并闡述了具體的工藝流程及操作要點，針對孔內成像檢測易出現的問題，提出了解決策略。

隧道，孔內成像系統，超前地質預報，掌子面

在隧道工程的設計與施工階段，對穿越有可能的復雜不良地質地段時，利用地質鉆機輔助孔內成像系統在山體、施工掌子面上進行地質勘探和超前鉆探預報，以查清穿越段落的巖性、不良地質類型及分布情況。隧道施工穿越不良地質段通常采用超前地質鉆孔、TSP203、地質雷達和紅外線探測儀進行聯合地質預報，并認真作好地質素描，不斷積累和豐富新的地質資料，提高預報的準確性，為隧道施工安全提供保障。

1 超前地質鉆孔孔內成像

1.1 孔內成像系統概述

隧道工程目前主要采用長中短相結合的超前地質預報方式，長指TSP203，中指超前地質鉆孔，短指加深炮孔，其中超前地質鉆孔最直觀，起到的超前探測作用最為主要。超前水平鉆通過鉆機鉆進速率，鉆孔內流出的鉆液、鉆屑等判斷前方圍巖巖性，但這還是不夠直觀的查看前方的圍巖情況，若進行鉆孔取芯，則工藝復雜，施工時間較長，在要求快速施工的前提下，對施工進度十分不利。現場采用由深圳唯科公司生產的V8-3388PT型柔性推桿管道檢測系統對前方圍巖進行直觀的查看，通過將系統的攝像頭通過柔性推桿送入水平鉆孔內，隨攝像頭移動逐米查看前方圍巖，直觀觀察圍巖的巖性、裂隙、成孔情況等，依此判斷掌子面前方圍巖情況。孔內成像系統主要由終端數據處理器、數據電纜、高清攝像探頭等設備組成，各部件見圖1～圖5。

1.2 技術特點

1)正常施作超前地質鉆孔，施工速度快，操作簡便；2)鉆機退鉆后，可適時施作孔內成像，時間自由，不耽誤現場施工；3)唯科V8-3388PT型系統所自帶高清攝像頭，直接查看鉆孔內各處圍巖情況，直觀、清晰，提高地質判別準確率；4)自動化程度高，操作簡便，現場技術人員即可施作。

2 孔內成像在隧道超前地質鉆孔預報中的應用

大瑞鐵路保瑞六標在全線隧道施工中使用孔內成像技術輔助超前地質鉆孔進行超前地質預報，效果顯著。下面以南扎隧道的使用情況介紹孔內成像在隧道超前地質鉆孔預報中的應用效果。

2.1 南扎隧道概況及地質條件

南扎隧道位于大瑞鐵路芒市戛中—瑞麗區間，隧道進口里程D3K319+745，出口里程D3K321+440，全長1 695 m。隧道洞身主要穿越地層巖性為白云巖、灰巖、白云質灰巖等裂隙水發育的地層，巖溶現象發育，段內巖體破碎、地下水豐富，施工期間出現大量的滲出水，地質構造較復雜。因此這就要求在施工中，能夠提前探知這些風險，以超前地質預報結論來指導施工，選擇合理的施工參數，妥善處理突發性地質災害，保證施工安全。

2.2 孔內成像輔助超前鉆探實施方法

超前鉆孔孔內成像數據的收集、分析是與超前鉆孔的實施同步進行，每循環的鉆探觀測深度控制在30 m～50 m為宜。采用QZJ-100D/A型鉆機正常施作超前地質鉆孔，所施作鉆孔均須帶一定的仰角，以便將孔內鉆屑、泥渣、水等清出孔外，以便孔內成像的施作。鉆孔到位并退鉆后，進行孔內成像施作，收集孔內影像數據。將孔內成像設備中的高清攝像頭放入孔口，通過柔性推桿向孔內推送攝像頭，同時開啟終端顯示的抓拍、錄像功能。柔性推桿上設置有長度標尺，隨攝像頭向孔內前進，終端顯示屏實時顯示孔內圍巖情況，現場操作人員、技術人員根據顯示內容，記錄異常位置孔深。孔內成像施作完成后，將終端內所記錄的孔內情況錄像拷貝到電腦上，并結合鉆孔情況進行掌子面前方圍巖情況分析，做出正確的開挖指導意見。

2.3 工藝流程及操作工藝

1)工藝流程。施工準備→施作超前地質鉆孔→退鉆、鉆孔設備退場→施作孔內成像收集數據信息→結合鉆孔記錄、影像數據分析編制超前鉆孔地質預報報告→對開挖提出指導意見。

2)施作超前地質鉆孔。作業現場搭設作業臺架或平整施工場地，將QZJ-100D/A型鉆孔設備調運至施工現場，并按照設計與規范要求進行超前鉆孔施工。鉆孔完成后，退鉆并將設備調離現場，通知超前地質預報人員施作孔內成像。超前地質鉆孔作業見圖6。

3)施作孔內成像。超前鉆機退鉆后，施作孔內成像。對于退鉆后孔內流渾水的鉆孔，須等水質變清澈后進行孔內成像施作，以免影響施作質量。柔性推桿推送攝像頭時，應保持緩慢勻速，以便查看各段圍巖情況。攝像頭推送操作人員，應根據柔性推桿上所標注的尺標，實時報述推進長度，后方終端處操作人員，根據顯示器上所顯示孔內情況，記錄不良地質發生位置，并指導推送人員的操作。孔內成像施作見圖7。

孔內成像設備操作流程：孔內成像供電電壓為220 V，通過設備自帶的變壓器連接現場220 V供電配電箱，開啟終端，攝像頭自帶照明自動打開，終端顯示器顯示攝像頭拍攝內容。在操作人員將攝像頭放入超前鉆孔孔口后操作終端機開始錄像、抓拍孔內影像，孔內檢測完成在攝像頭返程拉出鉆孔孔口后停止錄像并保存。

4)超前地質鉆孔成像分析。超前鉆孔過程中，現場技術人員根據鉆進速率、孔內流出鉆液、鉆屑等記錄鉆孔原始記錄，作為后期超前鉆孔分析的依據。超前鉆孔完成后，適時施作孔內成像，利用孔內成像的記錄，結合超前鉆孔原始記錄，對本次超前鉆孔所揭示的地質情況進行分析，并提出現場開挖施工指導意見。將孔內成像的記錄錄像從終端拷貝至電腦，回放孔內全程錄像，仔細查看鉆孔孔型、孔壁圓潤程度、圍巖巖性、顏色、節理裂隙發育、出水、坍孔、擴孔等情況，并結合上述情況做出判斷。孔內成像錄像內容見圖8～圖13。從南扎隧道開挖過程中揭露的實際地質情況經掌子面素描對比，實際地質情況圍巖分布、作業面出水情況基本與超前鉆孔孔內成像收集、分析的預報數據信息一致，滿足南扎隧道施工超前地質預報需求。

2.4 易出現的問題及控制措施

在孔內成像檢測實施過程中因各種因素易出現卡鉆、鉆孔長度不足、孔內成像不清晰等問題，具體的控制措施如下：1)卡鉆：鉆孔過程中應連續不間斷，保持鉆桿線形平順，盡量避免卡鉆情況出現，若出現這種情況，退鉆后在該孔旁邊重新鉆孔。2)鉆孔長度不足：嚴格記錄鉆孔長度，主要通過鉆桿進入鉆孔長度來計算。3)孔內成像不清晰：退鉆后等孔內流出的渾水變清澈后進行孔內成像施作，在施作前將探頭透鏡清理干凈，保證探頭照明完好。

3 結語

大瑞鐵路項目目前所有隧道施作的超前鉆孔地質預報均已采用孔內成像系統進行輔助地質探查、分析，取得效果良好。通過采用孔內成像系統對超前地質水平鉆孔孔內情況觀察、分析，為掌子面前方圍巖及不良地質情況的確定起到了良好的輔助作用，通過對孔內孔壁、孔型、裂隙等情況的觀察、分析，較直觀的判斷圍巖、不良地質情況，及時修正開挖和支護設計方案，對施工指導意義重大，達到施工過程安全、合理、經濟。通過工程實例實施和應用取得的較好效果，表明孔內成像系統是對超前地質鉆孔預報方法很好的輔助和完善，是超前預報中一種新穎的預報手段，為孔內成像系統在隧道工程超前地質預報中的全面推廣應用提供參考借鑒。

[1] Q/CR9217—2015，鐵路隧道超前地質預報技術規程[S].

[2] TZ 204—2008，鐵路隧道工程施工技術指南[S].

Application of drilling imaging system in advanced tunnel geology forecast

Ning Jianqiang

(ChinaRailway17thBureauGroup5thEngineeringCo.,Ltd,Taiyuan030032,China)

The paper introduces composition and technological features of advanced geology drilling imaging system. Taking Nanzha tunnel engineering as an example, it adopts drilling imaging and advanced drilling method, describes specific technological procedures and operation points, and finally puts forward solving strategies in light of drilling imaging system detection problems.

tunnel, drilling imaging system, advanced geology forecast, tunnel face

1009-6825(2017)03-0176-02

2016-11-15

寧建強(1982- )，男，工程師

U456.33

A