孔内成像系统在隧道超前地质预报中的应用

宁 建 强

(中铁十七局集团第五工程有限公司，山西 太原 030032)

孔内成像系统在隧道超前地质预报中的应用

宁 建 强

(中铁十七局集团第五工程有限公司，山西 太原 030032)

介绍了超前地质钻孔孔内成像系统的组成与技术特点，并以南扎隧道工程为例，采取了孔内成像辅助超前钻探的方法，并阐述了具体的工艺流程及操作要点，针对孔内成像检测易出现的问题，提出了解决策略。

隧道，孔内成像系统，超前地质预报，掌子面

在隧道工程的设计与施工阶段，对穿越有可能的复杂不良地质地段时，利用地质钻机辅助孔内成像系统在山体、施工掌子面上进行地质勘探和超前钻探预报，以查清穿越段落的岩性、不良地质类型及分布情况。隧道施工穿越不良地质段通常采用超前地质钻孔、TSP203、地质雷达和红外线探测仪进行联合地质预报，并认真作好地质素描，不断积累和丰富新的地质资料，提高预报的准确性，为隧道施工安全提供保障。

1 超前地质钻孔孔内成像

1.1 孔内成像系统概述

隧道工程目前主要采用长中短相结合的超前地质预报方式，长指TSP203，中指超前地质钻孔，短指加深炮孔，其中超前地质钻孔最直观，起到的超前探测作用最为主要。超前水平钻通过钻机钻进速率，钻孔内流出的钻液、钻屑等判断前方围岩岩性，但这还是不够直观的查看前方的围岩情况，若进行钻孔取芯，则工艺复杂，施工时间较长，在要求快速施工的前提下，对施工进度十分不利。现场采用由深圳唯科公司生产的V8-3388PT型柔性推杆管道检测系统对前方围岩进行直观的查看，通过将系统的摄像头通过柔性推杆送入水平钻孔内，随摄像头移动逐米查看前方围岩，直观观察围岩的岩性、裂隙、成孔情况等，依此判断掌子面前方围岩情况。孔内成像系统主要由终端数据处理器、数据电缆、高清摄像探头等设备组成，各部件见图1～图5。

1.2 技术特点

1)正常施作超前地质钻孔，施工速度快，操作简便；2)钻机退钻后，可适时施作孔内成像，时间自由，不耽误现场施工；3)唯科V8-3388PT型系统所自带高清摄像头，直接查看钻孔内各处围岩情况，直观、清晰，提高地质判别准确率；4)自动化程度高，操作简便，现场技术人员即可施作。

2 孔内成像在隧道超前地质钻孔预报中的应用

大瑞铁路保瑞六标在全线隧道施工中使用孔内成像技术辅助超前地质钻孔进行超前地质预报，效果显著。下面以南扎隧道的使用情况介绍孔内成像在隧道超前地质钻孔预报中的应用效果。

2.1 南扎隧道概况及地质条件

南扎隧道位于大瑞铁路芒市戛中—瑞丽区间，隧道进口里程D3K319+745，出口里程D3K321+440，全长1 695 m。隧道洞身主要穿越地层岩性为白云岩、灰岩、白云质灰岩等裂隙水发育的地层，岩溶现象发育，段内岩体破碎、地下水丰富，施工期间出现大量的渗出水，地质构造较复杂。因此这就要求在施工中，能够提前探知这些风险，以超前地质预报结论来指导施工，选择合理的施工参数，妥善处理突发性地质灾害，保证施工安全。

2.2 孔内成像辅助超前钻探实施方法

超前钻孔孔内成像数据的收集、分析是与超前钻孔的实施同步进行，每循环的钻探观测深度控制在30 m～50 m为宜。采用QZJ-100D/A型钻机正常施作超前地质钻孔，所施作钻孔均须带一定的仰角，以便将孔内钻屑、泥渣、水等清出孔外，以便孔内成像的施作。钻孔到位并退钻后，进行孔内成像施作，收集孔内影像数据。将孔内成像设备中的高清摄像头放入孔口，通过柔性推杆向孔内推送摄像头，同时开启终端显示的抓拍、录像功能。柔性推杆上设置有长度标尺，随摄像头向孔内前进，终端显示屏实时显示孔内围岩情况，现场操作人员、技术人员根据显示内容，记录异常位置孔深。孔内成像施作完成后，将终端内所记录的孔内情况录像拷贝到电脑上，并结合钻孔情况进行掌子面前方围岩情况分析，做出正确的开挖指导意见。

2.3 工艺流程及操作工艺

1)工艺流程。施工准备→施作超前地质钻孔→退钻、钻孔设备退场→施作孔内成像收集数据信息→结合钻孔记录、影像数据分析编制超前钻孔地质预报报告→对开挖提出指导意见。

2)施作超前地质钻孔。作业现场搭设作业台架或平整施工场地，将QZJ-100D/A型钻孔设备调运至施工现场，并按照设计与规范要求进行超前钻孔施工。钻孔完成后，退钻并将设备调离现场，通知超前地质预报人员施作孔内成像。超前地质钻孔作业见图6。

3)施作孔内成像。超前钻机退钻后，施作孔内成像。对于退钻后孔内流浑水的钻孔，须等水质变清澈后进行孔内成像施作，以免影响施作质量。柔性推杆推送摄像头时，应保持缓慢匀速，以便查看各段围岩情况。摄像头推送操作人员，应根据柔性推杆上所标注的尺标，实时报述推进长度，后方终端处操作人员，根据显示器上所显示孔内情况，记录不良地质发生位置，并指导推送人员的操作。孔内成像施作见图7。

孔内成像设备操作流程：孔内成像供电电压为220 V，通过设备自带的变压器连接现场220 V供电配电箱，开启终端，摄像头自带照明自动打开，终端显示器显示摄像头拍摄内容。在操作人员将摄像头放入超前钻孔孔口后操作终端机开始录像、抓拍孔内影像，孔内检测完成在摄像头返程拉出钻孔孔口后停止录像并保存。

4)超前地质钻孔成像分析。超前钻孔过程中，现场技术人员根据钻进速率、孔内流出钻液、钻屑等记录钻孔原始记录，作为后期超前钻孔分析的依据。超前钻孔完成后，适时施作孔内成像，利用孔内成像的记录，结合超前钻孔原始记录，对本次超前钻孔所揭示的地质情况进行分析，并提出现场开挖施工指导意见。将孔内成像的记录录像从终端拷贝至电脑，回放孔内全程录像，仔细查看钻孔孔型、孔壁圆润程度、围岩岩性、颜色、节理裂隙发育、出水、坍孔、扩孔等情况，并结合上述情况做出判断。孔内成像录像内容见图8～图13。从南扎隧道开挖过程中揭露的实际地质情况经掌子面素描对比，实际地质情况围岩分布、作业面出水情况基本与超前钻孔孔内成像收集、分析的预报数据信息一致，满足南扎隧道施工超前地质预报需求。

2.4 易出现的问题及控制措施

在孔内成像检测实施过程中因各种因素易出现卡钻、钻孔长度不足、孔内成像不清晰等问题，具体的控制措施如下：1)卡钻：钻孔过程中应连续不间断，保持钻杆线形平顺，尽量避免卡钻情况出现，若出现这种情况，退钻后在该孔旁边重新钻孔。2)钻孔长度不足：严格记录钻孔长度，主要通过钻杆进入钻孔长度来计算。3)孔内成像不清晰：退钻后等孔内流出的浑水变清澈后进行孔内成像施作，在施作前将探头透镜清理干净，保证探头照明完好。

3 结语

大瑞铁路项目目前所有隧道施作的超前钻孔地质预报均已采用孔内成像系统进行辅助地质探查、分析，取得效果良好。通过采用孔内成像系统对超前地质水平钻孔孔内情况观察、分析，为掌子面前方围岩及不良地质情况的确定起到了良好的辅助作用，通过对孔内孔壁、孔型、裂隙等情况的观察、分析，较直观的判断围岩、不良地质情况，及时修正开挖和支护设计方案，对施工指导意义重大，达到施工过程安全、合理、经济。通过工程实例实施和应用取得的较好效果，表明孔内成像系统是对超前地质钻孔预报方法很好的辅助和完善，是超前预报中一种新颖的预报手段，为孔内成像系统在隧道工程超前地质预报中的全面推广应用提供参考借鉴。

[1] Q/CR9217—2015，铁路隧道超前地质预报技术规程[S].

[2] TZ 204—2008，铁路隧道工程施工技术指南[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

宁建强(1982- )，男，工程师

U456.33

A