巖土工程監(jiān)測技術(shù)

1、巖土工程監(jiān)測技術(shù)1超聲波/聲波聲波/超聲波應(yīng)用于巖體探測從20世紀(jì)60年代末發(fā)展起來。用于確定圍巖開挖的損傷程度及形態(tài)。相似的測量儀器為震速測量。1.1原理及監(jiān)測內(nèi)容聲波/超聲波工程探測是通過探測聲波/超聲波在巖體內(nèi)的傳播特征（波速或振幅變化）來研究巖體性質(zhì)和完整性的一種物探方法。聲波在巖體中傳播時，如果在其傳播路徑存在裂縫，聲波就會在裂縫處發(fā)生繞射，使得傳播距離增大，走時增加，波速下降。聲波測試具有輕便簡潔、快速經(jīng)濟(jì)、測量精度高、易于控制。聲波探測的實質(zhì)， 是利用超聲波通過介質(zhì)時， 波速振幅、頻率等的變化情況來研究介質(zhì)的性態(tài)，如密度、應(yīng)力狀態(tài)、裂隙發(fā)育和介質(zhì)完整性等。理論研究表明， 縱波波速

2、與巖體物理力學(xué)參數(shù)有如下關(guān)系：圖1 聲波速度隨孔深變化關(guān)系1.2設(shè)備尺寸（場地要求）及使用方法（布置簡圖）硐室巷道圍巖松弛范圍的超聲波測試（張世雄2005）采用武漢巖土所研制RSM-SY5儀器進(jìn)行了測量。該儀器指標(biāo)如下：該系列儀器目前發(fā)展到RSM-SY7，如下圖：圖 2 RSM-SY7和RSM-SY6聲波儀輸出的電能由發(fā)射探頭F 轉(zhuǎn)換成超聲波發(fā)射出去，經(jīng)水耦合，在孔壁周圍巖體內(nèi)產(chǎn)生的縱波沿鉆孔軸向傳播，接收探頭S1 和S2 依次接收巖體內(nèi)傳來的經(jīng)水耦合的縱波，然后把接收到的聲波轉(zhuǎn)換成電能傳輸?shù)铰暡▋x，由聲波儀進(jìn)行放大、濾波、整形處理后輸入電子計算機(jī)。目前在硐室巷道內(nèi)用超聲波檢測圍巖松動圈范圍的

3、方法較成功的有兩種：單孔測試法、雙孔測試法。單孔測試法就是在待測的硐室巷道斷面上確定測試點(diǎn)， 然后在測試點(diǎn)處用鑿巖機(jī)打孔， 孔的深度可根據(jù)現(xiàn)場的情況而定，然后將圓管狀聲波探頭置入鉆孔內(nèi)，孔內(nèi)注滿水以使探頭與孔壁巖體有良好的聲耦合。逐點(diǎn)測試，直到各個測點(diǎn)測試完畢。雙孔測試法就是在待測的硐室巷道斷面上打兩個平行的鉆孔，然后將兩只圓管聲波探頭( 一個為發(fā)射探頭，另一個為接收探頭) 分別置于兩個鉆孔底部，孔內(nèi)注滿水使探頭與孔壁有良好的聲耦合。在測試時使兩探頭同步沿鉆孔軸向移動，以保證兩個探頭始終處在同一深度。圖3 單、雙孔測量采用單孔法進(jìn)行測試可減少鉆孔工作量， 且測試操作過程簡單， 易于把握。而雙孔

4、測試法， 兩個探頭的平行度( 同步) 不容易掌握，造成測試誤差大的機(jī)率高。圖 4現(xiàn)場聲波監(jiān)測示意圖操作步驟：1.測試前首先用風(fēng)或水對鉆孔進(jìn)行清洗, 2.將探頭放入測孔中, 并接長水管。3.用氣囊堵塞孔口, 在用氣筒對氣囊充氣時用水泵對測孔注水。4.當(dāng)測孔內(nèi)的水充滿時, 即可測得該點(diǎn)的縱波波速。5.將氣囊放氣, 移出探頭20 cm, 充氣、注水, 進(jìn)行下一點(diǎn)的測試, 直到完成。1.3具體應(yīng)用實例及效果瑞士Mont Terri，法國Bure地下實驗室，shaoTournemireASPO HRL ZEDEX二期Zedex：震速測量：BGR迷你聲探（低頻）；包括一個源，一個氣動錘和兩個相距10cm每

5、個均含兩個壓電接收器。 震速各項異性測量：在交叉鉆孔處利用兩個大速記錄鉆孔探測儀器，以此確定震速各向異性。探測儀含：1mhz傳感器，傳輸器及一個接受器。相距10cm1.4注意事項孔內(nèi)需注水耦合，應(yīng)設(shè)專門鉆孔或?qū)⒃撛囼灧旁谄渌囼炛蟆Ｓ捎诔暡y速需要加水耦合，可考慮采用帶有產(chǎn)生振動設(shè)備的振動測速儀器。1.5擬定試驗方案A 各個鉆孔均進(jìn)行波速測試。B 開挖斷面同一鉆孔開挖前后多次測試，監(jiān)測波速變化，了解各部分發(fā)展擾動區(qū)隨時間發(fā)展情況，并與其他監(jiān)測方式對應(yīng)。2微震/聲發(fā)射20世紀(jì)50年代Kaiser效應(yīng)被發(fā)現(xiàn)以來，聲發(fā)射/微震廣泛應(yīng)用于無損檢測、油氣勘探、地?zé)衢_發(fā)、核廢料處置。聲發(fā)射技術(shù)已經(jīng)成為

6、人們研究巖石損傷與斷裂的重要手段。微地震是巖石材料變形、裂紋開裂及擴(kuò)展過程的伴生現(xiàn)象，它與圍巖結(jié)構(gòu)的力學(xué)行為有著密切的相關(guān)性，因而信號中包含了大量的關(guān)于圍巖受力破壞以及地質(zhì)缺陷活化過程的有用信息。通過在采動區(qū)頂板和底板內(nèi)布置多組檢波器并實時采集微震數(shù)據(jù)，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理后，采用震動定位原理，可確定破裂發(fā)生的位置，并在三維空間上顯示出來，以此推斷巖石材料的力學(xué)行為，估測巖體結(jié)構(gòu)是否發(fā)生破壞。與傳統(tǒng)技術(shù)相比，微震定位監(jiān)測具有遠(yuǎn)距離、動態(tài)、三維、實時監(jiān)測的特點(diǎn)。這種技術(shù)是在近幾年來計算機(jī)和數(shù)據(jù)采集技術(shù)快速發(fā)展的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的，它為研究覆巖空間破裂形態(tài)和采動應(yīng)力場分布提供了新的手段。2.1原理及監(jiān)測內(nèi)容材料

7、在外界應(yīng)力作用下會引起微裂隙的產(chǎn)生與擴(kuò)展，在這個過程中伴有彈性波或應(yīng)力波的傳播產(chǎn)生聲發(fā)射（Acoustic Emission）。對于工程巖體，這種波在地質(zhì)上也稱為微地震（Microseismic），能夠在周圍巖體中快速釋放和傳播。微地震監(jiān)測技術(shù)就是通過觀測、分析生產(chǎn)活動中所產(chǎn)生的微小地震事件來監(jiān)測生產(chǎn)活動的影響效果以及地下硐室圍巖穩(wěn)定狀態(tài)的地球物理監(jiān)測技術(shù)。與地震勘探相反，在微地震監(jiān)測中，震源位置、發(fā)震時刻和震源強(qiáng)度都是未知的，確定這些因素是微震監(jiān)測的主要任務(wù)。微地震事件發(fā)生在巖體發(fā)生破裂變形的斷面上。當(dāng)巖體原有的應(yīng)力平衡受到生產(chǎn)活動干擾時，巖體中原來存在的或信產(chǎn)生的裂縫周圍區(qū)域就會出現(xiàn)應(yīng)力集

8、中，應(yīng)變能力增高；當(dāng)外力增加到一定程度時，原有裂縫的缺陷地區(qū)或新產(chǎn)生的裂縫區(qū)域就會發(fā)生微觀屈服或破裂變形，裂縫擴(kuò)展，從而使應(yīng)力松弛，儲藏能量的一部分以彈性波的形式釋放出來，產(chǎn)生微小地震（即微地震）。 任何巖體在宏觀破壞前一般都會產(chǎn)生許多細(xì)小微破裂。這些微破裂以彈性能釋放形式產(chǎn)生彈性波，可被安裝在有效范圍內(nèi)的傳感器接收。利用多個傳感器接收這種彈性波信息，通過反演方法可以得到巖體微破裂發(fā)生的時刻、位置和性質(zhì)，即地球物理學(xué)中所謂的“時空強(qiáng)”三要素。根據(jù)微破裂的大小、集中程度、 破裂密度，則有可能推斷巖石宏觀破裂的發(fā)展趨勢。圖 5微震監(jiān)測及儀器機(jī)械鑿巖法主要受圍巖應(yīng)力重分布的影響，而鉆爆法除此之外，還

9、存在開挖爆破的爆炸荷載以及巖體應(yīng)力瞬態(tài)卸荷導(dǎo)致的巖體破壞。剪應(yīng)力是產(chǎn)生微震事件的主要原因，微震發(fā)生時，巖體破裂面剪應(yīng)力產(chǎn)生變化，其變化值稱為震源應(yīng)力降，震源應(yīng)力降大小反映了巖體破裂面剪應(yīng)力的變化狀況，因此，震源應(yīng)力降是預(yù)測地壓活動的。巖體聲波波速是影響定位精度的重要參數(shù)，為此，需要進(jìn)行現(xiàn)場巖體聲波速度測試。2.2設(shè)備尺寸及使用方法目前國內(nèi)見報道的使用的儀器有ARAMIS M/E圖6 監(jiān)測方式及傳感器材2.3具體應(yīng)用實例及效果在ZEDEX試驗中，ACEL和SKB運(yùn)用微震系統(tǒng)和聲發(fā)射探測較為成功地測量了開挖過程中裂紋產(chǎn)生的事件和裂隙位置。聲發(fā)射探測被應(yīng)用于MONT terri的ED-B試驗中，但由

10、于鉆孔條件限制，所獲得數(shù)據(jù)并不理想，只探測到100個聲發(fā)射事件。Pettitt在瑞典ASPO研究開挖損傷區(qū)聲發(fā)射和微震活動規(guī)律，揭示了開挖應(yīng)力重分布誘導(dǎo)開挖損傷區(qū)形成機(jī)制。加拿大地下實驗室TSX項目中采用微震、聲發(fā)射系統(tǒng)研究了EDZ擴(kuò)展程度并充實應(yīng)力模型數(shù)據(jù)，該研究中表明微震時間的頻率顯示了可以通過對圍巖施加一定約束來控制巷道頂部的微裂隙。根據(jù)張鏡劍和傅冰駿對錦屏 II 級水電站輔助洞的研究可知，巖爆大多發(fā)生在頂板及拱肩處，且多發(fā)生在距掌子面 612 m 范圍內(nèi)，掌子面開挖后520 h 是巖爆發(fā)生的高峰期。3#引水隧洞 21 試驗洞試驗結(jié)果表明，TBM 開挖時掌子面前方 10 m范圍已有大量聲

11、發(fā)射信號，表明圍巖已發(fā)生微破裂。因此，其微震監(jiān)測的主要目的是監(jiān)測 TBM 掘進(jìn)過程中掌子面前方 30 m 及后方 20 m 范圍內(nèi)圍巖的微破裂活動，進(jìn)而評估巖爆發(fā)生的風(fēng)險。首先是傳感器類型的選擇，通過大量現(xiàn)場試驗，對速度型、加速度型及不同靈敏度、不同頻率段的傳感器適用性進(jìn)行分析研究，結(jié)果表明，對于振動噪音較多的TBM 施工隧洞的微震監(jiān)測，選擇固有頻率為 14 Hz、響應(yīng)范圍為 72 000 Hz、監(jiān)測范圍可達(dá)數(shù)百米的速度型傳感器較好。傳感器的耐震、不透水和不銹鋼材質(zhì)能抵擋惡劣的工作環(huán)境。采用能提供在孔或板類裝置上同時安裝單軸和三軸加速度度型傳感器。目前傳感器在大尺度空間布置中多采用立體空間布置

12、方法，即傳感器在一個空間內(nèi)均勻布置開來。利用此種布置方式，使用單軸傳感器亦可實現(xiàn)空間定位測試。對一個測點(diǎn)講，三向傳感器可以同步采集一個位置的X、Y、Z 三個方向的震動數(shù)據(jù)，但從精度分析，要略低于采用立體空間布置方式的單向傳感器。對于 6 通道采集儀而言，采用 6 個單向傳感器分 2 個監(jiān)測斷面進(jìn)行布置，對提高微震監(jiān)測的精度比采用 2 個三向傳感器更為合理。Zedex聲發(fā)射監(jiān)測方案：四個鉆孔探空儀，每個鉆孔內(nèi)5個超聲換能器（1個發(fā)送，4個接收），頻率為40khz-100khz，用于3維聲速測量，閾值為40db。4臺電腦控制的4通道示波器。定位精度為100mm2.4注意事項微震監(jiān)測在巷道開挖監(jiān)測時

13、間及空間，對施工時間的要求：微震要求監(jiān)測較大研究范圍，研究擾動區(qū)近、遠(yuǎn)場微震發(fā)生的時間、位置及大小。施工對監(jiān)測效果影響較大，對某循環(huán)一進(jìn)尺爆破后需停工半天監(jiān)測。微震臺網(wǎng)最佳布設(shè)方案“最佳D值”(1) 臺基應(yīng)選擇在無風(fēng)化、無破碎夾層、完整大面積出露的基巖上，巖性要致密堅硬，如不能滿足以上條件，則需要安裝地點(diǎn)構(gòu)筑水泥平臺。(2) 臺站間距越小，定位精度越高，因此在滿足經(jīng)濟(jì)支出能力的同時，盡可能的增加觀測站數(shù)目，使觀測站圍繞震源均勻分布，保證多數(shù)站可以獲得記錄信息，避免定位站數(shù)不足，影響精度和可靠性。(3) 觀測站布置采用空間立體形式，必須考慮到時方程組的性質(zhì)，找出監(jiān)測臺站最優(yōu)幾何分布，避免出現(xiàn)“病

14、態(tài)”方程，得不到正確的震源位置或使得方程組解發(fā)散。(4) 根據(jù)礦井生產(chǎn)實際，要使微震監(jiān)測系統(tǒng)構(gòu)成一個空間網(wǎng)絡(luò)，拾振器的布置要確保當(dāng)前開采區(qū)域和其它重點(diǎn)監(jiān)測區(qū)域處于監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的中心，傳感器盡可能接近待測區(qū)域，避免大斷層及破碎帶的影響，也要遠(yuǎn)離機(jī)械和電氣的干擾等。(5) 既要照顧當(dāng)前開采區(qū)域，又要考慮未來一定時期內(nèi)的開采活動，盡量利用現(xiàn)有巷道或硐室和礦井風(fēng)流通風(fēng)，測站硐室要避開開采活動影響范圍，以減少施工、通風(fēng)及維修費(fèi)用。傳統(tǒng)微震源定位算法在傳感器布置方案確定時多強(qiáng)調(diào)要確保微震源位置位于傳感器陣列范圍之內(nèi)，但對于引水隧洞等隧洞工程，震源發(fā)生位置多在掌子面附近，一般震源多位于傳感器陣列范圍之外，對此，

15、監(jiān)測信息(微震事件的監(jiān)測到時、波速等)與待求解參數(shù)(震源三維坐標(biāo)、發(fā)震時間等)組成的方程組的系數(shù)矩陣易形成畸形陣，將會產(chǎn)生微震源定位算法收斂速度慢(有時甚至發(fā)散)、微震源定位精度低等問題。3鉆孔電視可直觀地了解圍巖宏觀破裂過程3.1原理及監(jiān)測內(nèi)容基于光學(xué)技術(shù)的鉆孔攝像設(shè)備能以照相膠片或視頻圖像的方式直接提供鉆孔孔壁的圖像。全景技術(shù)的實現(xiàn)使同時觀測 360°鉆孔孔壁成為可能，而數(shù)字技術(shù)的應(yīng)用則提供了形成、顯示和處理這些圖像的能力圖7鉆孔電視結(jié)構(gòu)全景數(shù)字鉆孔攝像系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)是由全景攝像頭、深度測量輪、鉆孔攝像主機(jī)和計算機(jī)組成, 此外還包括絞車及專用電纜等。其中，全景攝像探頭內(nèi)部包含有可

16、獲得全景圖像(見圖2) 的截頭錐面反射鏡、探測照明光源、定位磁性羅盤及微型CCD攝像機(jī)。3.2設(shè)備尺寸及使用方法3.3具體應(yīng)用實例及效果Zedex：利用前置彩色攝像機(jī)及隨后掃描相機(jī)（BIPS）提供自然裂隙，充填物、及開孔中的水等。誘發(fā)裂隙不易被記錄。3.4注意事項每個鉆孔均進(jìn)行鉆孔電視測量，次序放在聲波測試之前。4地質(zhì)雷達(dá)（鉆孔雷達(dá)） 分為地質(zhì)雷達(dá)和鉆孔雷達(dá)。20 世紀(jì)興起的物探方法和研制的物探設(shè)備對隧道安全、快速施工產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響，保障了施工的安全性，提高了對地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)報速度和準(zhǔn)度。比較有代表性的物探設(shè)備是TSP 圖8 地質(zhì)雷達(dá)組成及探測示意圖和地質(zhì)雷達(dá)。TSP(tunnel seismi

17、c prediction) 法基于地震波的反射原理，是利用地震波在不均勻地質(zhì)構(gòu)造中產(chǎn)生的反射波特性來預(yù)報隧道施工前方的地質(zhì)條件和巖石特性變化的一種方法。地質(zhì)雷達(dá)( ground penetrating radar，GPR) 法是一種利用電磁波在不同介質(zhì)中產(chǎn)生透射、反射的特性來進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報的方法。在隧道中，TSP203預(yù)報有效長度200300m，SIR3000地質(zhì)雷達(dá)預(yù)報準(zhǔn)確距離為1525m。雖然地質(zhì)雷達(dá)的預(yù)報距離相對較短，但是地質(zhì)雷達(dá)依然是當(dāng)今隧道地質(zhì)災(zāi)害探測中分辨率最高的物探設(shè)備，而且探測距離已經(jīng)滿足隧道掘進(jìn)中地質(zhì)探測要求。地質(zhì)雷達(dá)是目前國內(nèi)外普遍推崇的一種比較先進(jìn)的物探設(shè)備，它是基于所

18、探介質(zhì)的電性差異對所探物體內(nèi)部不可見目標(biāo)體或不同介質(zhì)分界面進(jìn)行精確判別并定位的電磁技術(shù)。地質(zhì)雷達(dá)組成及探測示意圖如圖8所示，主要由發(fā)射電路、發(fā)射天線、控制面板、接收天線、接收電路、筆記本電腦及光纜組成。雷達(dá)發(fā)射、接收儀器緊貼所探物體表面(接觸面)，沿預(yù)測量路線(測線)逐步移動；發(fā)射天線將高頻電磁波以寬頻帶脈沖形式盡可能無損的定向耦合到所探物體，經(jīng)存在電性差異的目標(biāo)體或不同介質(zhì)的界面反射后由接收天線接收。由于在介質(zhì)中傳播的電磁波的路徑、電磁場強(qiáng)度等隨所經(jīng)介質(zhì)的電性、幾何形態(tài)及尺寸的不同而變化，因此反射回波的幅度、形狀及其在縱、橫向的展布特征也隨之變化，筆記本電腦將這些不斷變化的波形信號數(shù)字化后以

19、圖像的形式記錄存儲，進(jìn)而通過研究電磁波的傳播特性對圖像進(jìn)行解釋便可判別目標(biāo)體形狀及其物理特征。由于松動圈是以圍巖產(chǎn)生宏觀裂隙形成的物性交接面為主要分界面，在該界面內(nèi)巖體呈破裂松弛狀，裂隙中充滿空氣或水等雜質(zhì)，界面外的巖體呈完整均一狀。無論圍巖裂隙內(nèi)填充物是空氣還是水，其與巖體的相對介電常數(shù)相差都較大，雷達(dá)發(fā)射的電磁波經(jīng)過松動圈與非破壞區(qū)的分界面(即完整巖體與空氣或水的分界面)時必然發(fā)生強(qiáng)烈反射，且在其中呈雜亂無章狀態(tài)傳播，無明顯同相軸，于是從收集處理的雷達(dá)探測剖面圖上即可確定圍巖松動范圍，得到松動圈厚度值，因此地質(zhì)雷達(dá)探測圍巖松動圈的厚度在理論上是科學(xué)可行的。4.1原理及監(jiān)測內(nèi)容探地雷達(dá)探測是

20、利用巖體不同的波阻抗差異形成的分界面對電磁波反射的原理，對探測目標(biāo)成像。該方法能清楚地探測在探測前方一定范圍內(nèi)的空洞和周圍巖性的變化。近年來發(fā)展了更快速和高頻率的天線。具有測量快速和測線連續(xù)的特點(diǎn)，尤其適用于結(jié)晶體巖體。地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)根據(jù)接收天線收到的回波信號的振幅、波形和頻率等運(yùn)動學(xué)特征來分析和推斷介質(zhì)結(jié)構(gòu)和物性特征。依據(jù)巷道圍巖松動圈的形成機(jī)理，松動圈實質(zhì)上就是圍巖中的破碎帶，松動圈邊界是破碎帶同完整的彈塑性變形區(qū)的分界線，該界面兩側(cè)的物性差異顯然很大，滿足使用地質(zhì)雷達(dá)探測確定松圈邊界位置的基本物理條件，觀測雷達(dá)電磁波在松動圈范圍內(nèi)外，雷達(dá)電磁波掃描圖有明顯的變化處為有差異性的分界面。在回采

21、巷道圍巖測試中，使用100 MHz 天線進(jìn)行探測，探測深度。通用的地質(zhì)雷達(dá)測量方法為剖面法，即發(fā)射天線和接收天線以固定間距沿測線同步移動，得到該測線的地質(zhì)雷達(dá)時間 平距剖面圖像，通過進(jìn)一步數(shù)據(jù)處理，可得到深度平距正演圖像，進(jìn)而利用地質(zhì)、鉆探資料或其他方法所獲結(jié)果并結(jié)合對圖像的頻率、振幅、同相軸形狀分析對圖像進(jìn)行解釋，最終得到地質(zhì)雷達(dá)探測波形圖4.2設(shè)備尺寸及使用方法SIR3000系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)主機(jī)：*傳感器：適配所有 GSSI和 Radarteam探頭*道數(shù)：單通道存儲器：*內(nèi)存：256Mb閃存卡*微型閃存口：可插接至 1GB工業(yè)標(biāo)準(zhǔn) CF閃存條（自供）*

22、處理器： 32-Bit IntelStrogArmTMRISC 處理器206MHz*顯示器：強(qiáng)光 8.4英寸 TFT，800X600分辨率，64K彩顯*顯示模式：線掃描，示波器式數(shù)據(jù)采集：*數(shù)據(jù)格式：RADAN (dzt)*掃描率（舉例）：在 256樣點(diǎn)時為 300線/秒；在 512樣點(diǎn)時為 150線/秒*樣點(diǎn)字節(jié)：8bit或 16bit (自選)*掃描樣點(diǎn)數(shù)：256，512，1024，2048，4096，8192*操作模式：連續(xù)測量，測量輪，點(diǎn)測*測量范圍：0- 8000ns（自選）*動態(tài)范圍：120d

23、B*增益：手動或自動，1-5節(jié)點(diǎn)（-20+800dB可調(diào)）*濾波器：垂直濾波器-有限，無限低通和高通可調(diào)操作：*工作溫度：-10 oC -40oC*交電：15VDC, 4amps*電池：10.8VDC，內(nèi)置式*發(fā)射率：至192khz 機(jī)體：*尺寸：31.5（長）X 22（寬）X 10.5（高）cm*重量：4.1公斤（包括電池）*環(huán)境：防潮、防塵4.3具體應(yīng)用實例及效果錦屏二級水電站引水隧洞大型原位試驗研究（張春生2014）利用地質(zhì)雷達(dá)首先對隧洞邊壁進(jìn)行了掃描工作，用于判斷前方30-35m內(nèi)的地質(zhì)弱面，確定主要結(jié)構(gòu)面及延展情況，但不能判斷具體傾角。芬蘭Onkalo設(shè)施和韓國KAERI地

24、下研究巷道中被嘗試用于確定EDZ范圍和貫通程度。但由于在粘土巖中信號高阻尼系數(shù)，探地雷達(dá)并不適用于粘土巖。采用LTD2100 地質(zhì)雷達(dá)對云南富邦偏壓隧道進(jìn)行實測此次探測采用中國電波傳播研究所最新研制的LTD2100 型便攜式地質(zhì)雷達(dá)，LTD2100 地質(zhì)雷達(dá)以數(shù)字化步進(jìn)控制電路為基礎(chǔ)，全數(shù)字化程控時鐘控制，最小時間間隔10 ps，最大掃描速率128 Hz。與普通地質(zhì)雷達(dá)不同的是，LTD2100 地質(zhì)雷達(dá)配備11 種不同型號天線，可滿足多種探測目的需求。由于此次松動圈厚度的測量要求雷達(dá)探測范圍相對較遠(yuǎn)，故選用中心頻率為100 MHz 的平板式天線，最大探測范圍20 mm，符合圍巖松動圈探測要求。

25、1.    系統(tǒng)增益：160dB；2.    發(fā)射脈沖重復(fù)頻率可達(dá)到128kHz；3.    時間窗：25000ns，可選；4.    A/D：16位；5.    采樣率：128、256、512、1024或2048樣點(diǎn)/掃描，可選；6.    掃描速率：8128掃描/秒，可選；7.    波形疊加次數(shù)：14096次，可

26、選；8.    水平距離標(biāo)記：手動或測量輪自動標(biāo)記；9.    連續(xù)工作時間：不小于8h。10.   尺寸： 300*210*60mm11.   重量：4kg12.   功耗：20W    電源：12V直流KURT采用鉆孔雷達(dá)：位于平行開挖巷道長鉆孔，距離斷面5.5m，每次移動10m，天線中心頻率100mhz，毎爆破循環(huán)測量1到3次。ZEDEX采用的鉆孔雷達(dá)：用以探測裂隙：RAMAC系統(tǒng)，天線：45-50m

27、hz；接收信號：600mhz，512個采樣點(diǎn)，發(fā)射和接收器距離為7mZedex巷道雷達(dá)：測量邊墻、頂?shù)装逄綔y含水裂隙，GPR系統(tǒng)，兩種天線：0.4m偶極子天線中心頻率350mhz，1.2m偶極子天線中心頻率120mhz；測點(diǎn)間距為0.1m；分辨率為0.5m。4.4注意事項這兩個測試斷面處可見上述部位有水流出，地質(zhì)雷達(dá)在檢測時發(fā)出的電磁波遇到含水介質(zhì)時，受水的作用比較明顯，雷達(dá)波能量損耗較大，電磁波在發(fā)射與接收的過程中干擾較大，因此在這兩個測試斷面測試結(jié)果有一定的誤差。鑒于此，對于含水部位松動圈探測應(yīng)該采取聲波法進(jìn)行測試，因為聲波法探測時需要注水進(jìn)行耦合，測試部位含水更好的起到了耦合作用。5多點(diǎn)

28、位移計為傳統(tǒng)的巖土力學(xué)測量方法，側(cè)重于開挖時產(chǎn)生的位移和應(yīng)力，監(jiān)測EDZ隨時間推移而發(fā)生的變化從圖中可以看出：收斂計和鉆孔多點(diǎn)位移計的測量內(nèi)容和方法雖不相同, 即收斂計是測量洞徑或表層兩點(diǎn)間的相對位移, 鉆孔多點(diǎn)位移計是測量鉆孔深部各測點(diǎn)相對孔口的位移。但是, 兩者的測量原理相同, 也就是說, 兩者都是在恒定拉力下, 測量測點(diǎn)與測點(diǎn)或測點(diǎn)與基準(zhǔn)點(diǎn)在不同時刻的相對距離, 然后, 通過計算求出兩測點(diǎn)或測點(diǎn)與基準(zhǔn)點(diǎn)間在不同時間間隔內(nèi)的相對位移。 5.1原理及監(jiān)測內(nèi)容5.2設(shè)備尺寸及使用方法大量的工程實際經(jīng)驗表明,隧道在掌子面開挖的短時間內(nèi)圍巖內(nèi)部便發(fā)生了大部分的彈塑性變形,如果在隧道開挖后再沿掌子面

29、埋設(shè)多點(diǎn)位移計來監(jiān)測其圍巖內(nèi)變形,難以收到預(yù)期的效果。但是如果采用預(yù)埋式多點(diǎn)位移計,即在開挖抵達(dá)欲測斷面前就埋設(shè)好多點(diǎn)位移計,不但可以確定松動圈形成過程與掌子面進(jìn)尺變化的關(guān)系,而且還可以監(jiān)測到開挖前后圍巖內(nèi)不同深度處的位移變形量隨時間的變化情況。在隧道開挖過程中,根據(jù)多點(diǎn)位移計各測點(diǎn)的監(jiān)測位移不但可以推測出測點(diǎn)位移隨掌子面推移的變化情況,而且更重要的是,多點(diǎn)位移計徑向各點(diǎn)累積變形隨時間增長的變化幅度不一致,即圍巖內(nèi)部不同的深度受開挖的影響不同,變形情況不一樣,因此可以把圍巖內(nèi)部的變形分成幾個不同的區(qū)域,并根據(jù)多點(diǎn)位移計各埋設(shè)點(diǎn)的徑向距離來確定松動圈的范圍。其工作流程如圖1。  BFD

30、WJ型振弦式多點(diǎn)位移計,采用一組振弦式位移傳感器作為量測頭,廣泛適用于混凝土大壩內(nèi)部、隧洞及巖石開挖、礦井、建筑物基礎(chǔ)及橋墩等變形監(jiān)測，以及土石壩、邊坡的穩(wěn)定監(jiān)測等。 主要技術(shù)參數(shù)： 測量范圍（mm）：25     50     100    分辨率% F S：0.05 測溫范圍（）：-2560 測溫精度（）：±0.1          測點(diǎn)數(shù)：2

31、6 鉆孔直徑（mm）：100 擴(kuò)孔直徑（mm）：130 BOF-EX 鉆孔多點(diǎn)位移計是加拿大Roctest公司生產(chǎn)的一款多點(diǎn)位移計?？讖剑?biāo)準(zhǔn)）： 76mm測量模塊數(shù)： 110個錨塊間最小距離，標(biāo)準(zhǔn)25mm量程傳感器：30cm量程* ： 5到100m精度* ： ±0.1% F.S.分辨率* ： ±0.01% F.S.操作溫度* ： 40 to +80°C5.3具體應(yīng)用實例及效果Kurt：失敗：兩個傾鉆孔設(shè)置位移計，被爆破震動破壞，鉆孔長度10m，注意采用防爆儀器。Zedex：確定巷道周邊環(huán)向位移。TBM為開挖后布置；鉆爆法為開挖前布置。，每個多

32、點(diǎn)位移計有7個錨固點(diǎn)，量程為+10mm，精度為0.2mm5.4注意事項 某些多點(diǎn)位移計鉆孔需要灌漿及封堵。6速度、加速度傳感器6.1原理及監(jiān)測內(nèi)容用以監(jiān)測開挖過程中放射到圍巖總的震動能量。監(jiān)測開完面前后震動不同特點(diǎn)（振幅、大小、評價能量）6.2設(shè)備尺寸及使用方法6.3具體應(yīng)用實例及效果ZEDEX:鉆孔內(nèi)四個三軸傳感器，每個間隔3m，根據(jù)不同的敏感度設(shè)置速度或加速度傳感器。震動加速度/速度測量評價開挖過程能量釋放。6.4注意事項注意在鉆爆法開挖可能出現(xiàn)震速及加速度超過量程，設(shè)計前先進(jìn)行數(shù)值模擬合理選用儀器。7圍巖接觸壓力計圍巖壓力：將圍巖二次應(yīng)力狀態(tài)的全部作用稱為圍巖壓力。按成因分為：形變壓力、松動壓力、沖擊壓力和膨脹壓力。7.1原理及監(jiān)測內(nèi)容7.2設(shè)備尺寸及使用方法常用監(jiān)測儀器有：振鉉式孔內(nèi)巖石應(yīng)力計、空心包體圍巖應(yīng)力計。7.3具體應(yīng)用實例及效果7.4注意事項8針對地質(zhì)特征其他方法裸露巖層裂隙繪制和計數(shù)對描述開挖損傷非常有效且成本較低，在新開挖側(cè)壁進(jìn)行記錄：裂隙頻率、產(chǎn)狀等。并鉆取巖心進(jìn)行比較，繪制人工裂隙地質(zhì)圖。切片染色測繪被用到EDZ特征識別研究中。SKB完成的TASS巷道損傷監(jiān)測項目。樹脂填充套孔法運(yùn)用于Mont Terri，測量開挖區(qū)損傷裂紋。在已開挖段墻壁上先鉆小直徑注射孔，注射摻有熒光劑的環(huán)氧樹脂滲