[實用新型]用于地下工程高分辨率三維電阻率CT成像的電極遞送裝置

有效

• 申請號: 201220371371.7
• 申請日: 2012-07-30
• 公開（公告）號: CN202794555U
• 公開（公告）日: 2013-03-13
• 發明（設計）人: 劉征宇;李術才;劉斌;聶利超;許新驥;張波;宋杰;徐磊;郝亭宇;王傳武;林春金
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: G01V3/00
• 分類號: G01V3/00;G01V3/08
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 鄧建國

技術領域

本實用新型涉及一種用于隧道或者坑道等地下工程復雜地質條件下基于電阻率CT技術的高分辨率成像超前地質預報的電極遞送裝置，具體地說是一種涉及在隧道或坑道中采用電阻率CT技術進行立體觀測和三維覆蓋式數據采集，并對探測結果進行三維全空間電阻率反演解譯，實現對工作面前方地質情況精細探查的電極遞送裝置和快速耦合裝置。

背景技術

隨著我國基礎設施建設進程的加快，在交通、水利水電及礦產資源開發等領域將會修建更多的長大隧道、隧洞等地下工程。這些地下工程普遍具有埋深大、洞線長、水文地質條件復雜等顯著特點，加之施工前期的地質勘查工作難以查清沿線的水文地質條件，導致在施工中將面臨諸多地質災害。其中突(涌)水、突(涌)泥災害是主要地質災害之一，在國內外地下工程特大事故中，突(涌)水、突(涌)泥災害在死亡人數和發生次數上均居于前列。

目前國內常用的隧道超前地質預報方法可分為地質分析法和地球物理方法，其中地質分析法包括超前導洞(坑)法、超前水平鉆孔法、工程地質調查法等，而地球物理方法包括地震反射波探測法、地質雷達探測法、瞬變電磁法、紅外超前探水法等。

超前水平鉆孔技術是在隧道掘進前方按一定位置和方向布置一定數目的鉆孔探明地下水和工程地質情況，并提取出巖樣進行分析，進而實現對前方地質情況探查的一種探測手段。但超前鉆孔技術只能探測出鉆孔小范圍內的地質情況，并不能反映工作面前方整個范圍內的地質情況，極易遺漏不良地質，造成誤報、錯報及災害隱患，且鉆孔經濟成本和時間成本較高。

地球物理探測方法可以對工作面前方整個范圍進行地質探查。地震反射波方法是利用來自掌子面前方的縱波、橫波、轉換波的反射震相在隧道垂直地震剖面上所產生的負視速度同相軸來反演出界面的空間位置和產狀。電磁類方法對水體異常響應敏感，也是隧道地質預報的常用方法之一。瞬變電磁法(TEM)和電磁剖面法(MT)都是利用階躍波形電磁脈沖激發，利用不接地回線向地下發射一次場，測量由地下介質產生的感應二次場隨時間的變化。地質雷達法是短距離超前探查水體的較好方法，探測距離20~30m，但地質雷達法、瞬變電磁法易受到金屬器具的干擾，抗干擾能力較弱。由于現場條件的限制，現有地球物理探測技術的探測精度隨探深的增加而降低，無法對深層的地質目標作詳細的探查，難以適應復雜地質條件下超前地質預報的需求。

傳統的電阻率CT技術屬于電法勘探領域，通過向鉆孔中布置電極，以探測兩孔之間地層的地質情況。以往工程實踐中都是從地面上向下打垂直鉆孔，帶電極的多芯電纜可在重力的作用下豎直放入鉆孔中，完成兩鉆孔之間地質情況的探查；而在地下工程隧道超前預報中，超前鉆孔的布置都是垂直于掌子面，是水平向的，這就為電極的遞送帶來了困難，特別是深長鉆孔中電極的遞送和耦合，普通的遞送方式無法確定各電極的間距，難以實現電極與圍巖的良好耦合接觸，也容易引起多芯電纜的扭曲纏繞和自身的磨損，且隧道中的電阻率CT探測也尚未見到應用。另外，傳統的電阻率CT技術本質上是一種二維探測方式，是用二維反演方法進行數據處理，無法探明地質異常的三維位置與形態，不能適應實際工程需求，在復雜地質條件下的地下工程超前預報工作中也尚未見到應用。

綜上所述，地下工程超前地質預報存在如下兩方面的問題：①探測精度和分辨率隨探深的增加而降低，無法實現深部的精細高分辨率探測；②現有預報技術難以實現工作面前方地質情況的三維探測，無法實現地質異常的三維精確定位。為此，研究并提出了一種復雜地質條件下地下工程高分辨率三維電阻率CT成像超前預報系統和方法，同時針對該系統和方法設計了一種用于深長鉆孔中電極遞送及快速耦合的裝置，為實現地下工程施工期高分辨率精確超前預報提供一條可行的途徑。

發明內容

本實用新型的目的是為克服上述現有技術的不足，提供一種用于在復雜地質條件下地下工程中對工作面前方地質情況實現三維電阻率高分辨率成像，基于電阻率CT技術的超前地質預報的電極遞送裝置。

為實現上述目的，本實用新型采用下述技術方案：

一種用于地下工程高分辨率三維電阻率CT成像的電極遞送裝置，它包括：

（1）外套管，具有用于裝導電膠的導電膠裝載槽；

（2）可旋轉內套管，包括能夠旋轉的套管，該套管旋轉后能夠具有連通導電膠裝載槽與套管內部的空間，且該套管外端設有手柄，且可旋轉內套管的內部穿過有作為測錢的多芯電纜；