[發(fā)明專(zhuān)利]盾構(gòu)施工中球狀孤石的探測(cè)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410164382.1
• 申請(qǐng)日: 2014-04-23
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103913776A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-07-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 龍桂華;江建;蘇軍;陳智斌;劉鐵軍;胡巍
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 深圳市市政工程總公司
• 主分類(lèi)號(hào): G01V3/12
• 分類(lèi)號(hào): G01V3/12;G01V3/02;G01S13/08
• 代理公司: 深圳市中知專(zhuān)利商標(biāo)代理有限公司 44101
• 代理人: 孫皓;林虹

1.一種盾構(gòu)施工中球狀孤石的探測(cè)方法，包括以下步驟：

一、在確定探測(cè)盾構(gòu)隧道區(qū)域的上方，沿盾構(gòu)隧道軸線，在既有地質(zhì)補(bǔ)勘鉆孔里，用井中地質(zhì)雷達(dá)對(duì)孔壁周?chē)刭|(zhì)情況進(jìn)行探測(cè)，采集到沿鉆孔深度方向的地質(zhì)雷達(dá)回波信號(hào)，對(duì)地質(zhì)雷達(dá)回波信號(hào)做數(shù)據(jù)處理：零時(shí)調(diào)整、漂移處理與水平同相軸消除、時(shí)域?yàn)V波和增益處理，得到整個(gè)鉆孔深度、沿孔壁周向距離的以回波信號(hào)雙程走時(shí)為橫坐標(biāo)，以距離地表深度為縱坐標(biāo)的井中地質(zhì)雷達(dá)反射剖面圖；

二、在地質(zhì)雷達(dá)反射剖面圖中找出代表球狀孤石的弧狀反射信號(hào)線，拾取弧狀反射信號(hào)線中的弧狀的頂點(diǎn)的雙程走時(shí)t，根據(jù)地質(zhì)補(bǔ)勘中測(cè)量的土壤孔隙率和含水飽和度，通過(guò)復(fù)折射系數(shù)(CRIM)公式：

ϵ=(1-φ)ϵs+Swφϵw+(1-Sw)φϵa---(6)]]>

非衰減或弱衰減介質(zhì)中速度v與相對(duì)介電常數(shù)ε的關(guān)系：

v=cϵ---(7)]]>

計(jì)算雷達(dá)電磁波在該地層中的傳播速度v；

式(6)中，φ和S_w分別為土壤孔隙率和含水飽和度，ε_s、ε_w和ε_a分別為土顆粒、水和空氣的相對(duì)介電常數(shù)，式(7)中，c為電磁波在真空中傳播速度；

通過(guò)r＝vt/2計(jì)算球狀孤石的幾何中心與孔壁之間的距離r，初步圈定球狀孤石可能存在的空間方位r，z，其中z表示球狀孤石的深度；

三、在井中地質(zhì)雷達(dá)反射剖面上存在弧狀反射信號(hào)的兩鉆孔之間，用分別設(shè)置在兩孔中的供電電極和測(cè)量電極，采集供電電極和測(cè)量電極之間電位差ΔU和電流I，再通過(guò)最小二乘反演最優(yōu)化迭代算法，得到兩孔之間地層的真電阻率；用于最小二乘反演最優(yōu)化迭代算法最小二乘反演的目標(biāo)函數(shù)S(m)為：

S(m)=||Wd(d-g(m))||22+λ||Wm(m-m0)||22---(8)]]>

式(8)中，為二范數(shù)意義下的加權(quán)殘差，m為模型參數(shù)，模型參數(shù)每一個(gè)元素m_j和對(duì)應(yīng)電阻率ρ_j的關(guān)系為m_j＝logρ_j，j＝1,2,...,M，其中M為模型m中元素的個(gè)數(shù)；m₀為先驗(yàn)?zāi)Ｐ停鶕?jù)測(cè)井或室內(nèi)試驗(yàn)得電阻率ρ₀后再根據(jù)對(duì)數(shù)關(guān)系m₀＝logρ₀求出；d為實(shí)測(cè)視電阻率數(shù)據(jù)對(duì)數(shù)矢量，d＝log(KΔU/I)；K為與電極排列有關(guān)的裝置系數(shù)，滿足1/K＝I/4π(1/r_s-1/r_s′)，其中r_s和r_s′分別為供電電極和測(cè)量電極所在的位置與測(cè)量點(diǎn)所在的空間位置的方向矢量；g(m)為正演模擬視電阻率對(duì)數(shù)矢量；W_d為數(shù)據(jù)權(quán)重矩陣，W_d＝diag(1/ε_i)，其中ε_i為數(shù)據(jù)誤差；W_m為模型權(quán)重矩陣；λ為正則化因子；

采用高斯牛頓迭代法求解上述最小二乘問(wèn)題：

(JiTWdTWdJi+λWmTWm)Δmi=JiTWdTWd(d-g(mi))-λWmTWm(mi-m0)mi+1=mi+Δmi,i=1,2,...---(9)]]>

式(9)中，Δm_i為第i次迭代模型的修正量,m_i為更新i次后的電阻率對(duì)數(shù)模型；

以垂直于地表的鉆孔深度方向?yàn)榭v坐標(biāo)，以兩孔連線距離為橫坐標(biāo)，將真電阻率繪制成等值線圖，再根據(jù)高阻區(qū)域內(nèi)球狀孤石電阻率閾值，從等值線圖上圈定得出兩孔之間地層中球狀孤石的大小和分布情況，球狀孤石電阻率閾值范圍為600～100000Ω·m。