[发明专利]一种用于TBM的钻孔电阻率超前探测装置及其探测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种钻孔电阻率超前探测装置及其探测方法，尤其是一种用于TBM的钻孔电阻率超前探测装置及其探测方法。

背景技术

我国已经是世界上隧道修建规模与难度最大的国家，在铁路公路交通工程、水利水电工程中将会修建更多的深长隧道。TBM(全断面隧道掘进机)施工具有安全高效经济的诸多优势，我国的隧道建设将会越来越多的采用TBM施工。当隧道穿越不良地质段落，尤其是穿越断层、溶洞等致灾构造发育的段落时，极易发生坍塌、突水突泥灾害，对施工人员安全与设备安全构成巨大威胁，并导致工期延误。因此开展断层、溶洞等致灾构造的超前预报研究工作，实现隧道施工前方致灾构造的精细化探测，对保证隧道安全施工具有重要意义。

直流电阻率法是一种常用的超前预报方法，具有探测效率高、对致灾构造敏感的特点，在隧道超前地质预报中发挥了巨大的作用，但由于电场探测位场效应导致对掌子面前方的分辨能力不足。而利用超前钻孔开展孔中电阻率超前探测可以较好的解决这一问题，大幅提高超前探测的分辨率与定位精度，同时也可解决单纯超前钻孔带来的一孔之见的问题。对于钻爆法隧道超前探测，基于超前水平钻孔的现有电阻率探测装置与方法，可以实现水平钻孔中电极的递送和耦合，进行钻孔电阻率超前探测。但是在TBM施工隧道中，施工速度较快，对超前探测的时间要求更高；一般情况下是在TBM护盾后方施做超前钻孔，钻孔具有一定的仰角，不能使用普通水封等方法进行电极耦合，倾斜钻孔中电极与钻孔岩壁的耦合问题成为TBM施工隧道电阻率超前探测需解决的先决条件；探测装置进入钻孔中的深度往往通过人工记录，自动化程度较低，不能与TBM施工的机械化、自动化相适应。

综上所述，在TBM施工隧道孔中电阻率超前预报工作中，尚缺乏TBM施工隧洞专用的探测装置与方法，导致直流电阻率法不能完全发挥对断层、溶洞等地质异常体敏感的优势，地质钻孔存在有效信息有限，钻孔利用率不足的问题。因此需要一种在TBM施工隧道中将超前地质钻孔与直流电阻率法探测有效结合的探测装置，从而发挥两者优势，为隧道施工期精细化超前探测提供一条可行途径。

现有的钻孔电阻率探测装置，存在以下缺点：

1、一般探测装置的电极暴露在外，探测装置进出钻孔时电极与钻孔孔壁摩擦，容易损坏，探测装置的使用寿命较短；

2、对于具有仰角情况的钻孔，不能使用普通水封等方法进行电极耦合，电极与钻孔岩 壁缺少电解质环境，导致电极与岩壁之间不能很好耦合，无法保证探测结果的准确性；

3、探测装置进入钻孔的深度需要人工记录，不能与TBM施工的机械化、自动化相适应，增加施工时间和施工成本。

发明内容

本发明的目的是克服上述现有技术的不足，提供一种用于TBM的钻孔电阻率超前探测装置及其探测方法，可以利用超前钻孔高效便捷的进行电阻率探测，实现对致灾构造的超前探测。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案。

一种用于TBM的钻孔电阻率超前探测装置，包括外套管、内传动杆、电极、旋转轴承和限位装置；所述旋转轴承的内圈套在所述内传动杆上；所述电极置于外套管内的电极收容部，电极头部朝向外套管侧壁的外侧，所述电极的后部与所述电极压缩引线的一端连接，所述电极压缩引线的另一端与所述旋转轴承的外圈连接，所述电极的后端设有弹簧；通过锁定或放开所述限位装置，来控制所述内传动杆在所述外套管内的轴向相对运动。

将所述内传动杆的凸出部旋转至所述外套管阻挡部一侧，所述外套管阻止所述内传动杆的相对运动，所述弹簧呈压缩状态，所述内传动杆牵引所述电极压缩引线使所述电极收在外套管内；

当探测装置安装到位后，将所述内传动杆的凸出部与所述外套管阻挡部错开，所述内传动杆与所述外套管处于自由运动状态，所述弹簧将所述电极推出所述外套管，所述内传动杆通过所述推杆带动所述活塞向前移动，将所述电解液挤压排出至电极处，所述电极与岩壁耦合接触，实现电极的电流供电或信号采集。

在探测装置进出钻孔过程中，本装置与钻孔岩壁接触部分始终是高强绝缘外套管，电极始终收在外套管内部，可以避免电极与岩壁接触的摩擦损耗，防止出现钻孔塌孔导致探测装置无法进入或取出的情况。本装置结构简单，不易损坏，成本低廉。内传动杆外周设有旋转轴承，可以保证通过旋转轴承与内传动杆连接的部件，只作沿钻孔轴向的线性运动，不发生绕内传动杆的旋转运动。电极在其他结构的配合下，探测时，可以将电极弹出，与钻孔岩壁接触耦合；不探测时，可以将电极收回至外套管内部，保护电极，防止被卡。

所述电极的头部为柔性导电材料。