[发明专利]通过超声波检测冻结壁交圈状况的方法

说明书

本发明公开了一种通过超声波检测冻结壁交圈状况的方法，通过冻结前阶段、冻结壁交圈前阶段和冻结壁交圈后阶段三个阶段的超声波检测，对冻结前后各个土层超声波传播速度进行测定与对比，及时检测出冻结壁交圈状况，定量的测定两冻结孔之间冻结壁未交圈距离，从而及时发现冻结壁未交圈位置，以便采取注浆和强化冻结等补救措施，检测方法简单，检测准确性高。

技术领域

本发明涉及一种通过超声波检测冻结壁交圈状况的方法。

背景技术

人工冻结法具有良好的封水性能，且形成人工冻结帷幕强度高，地层可复原性好，所以该方法已经成为不稳定含水地层中地下工程施工的首选方法。但是当地下水流速大于5m/d时，往往会发生冻结壁交圈不及时、冻结壁开窗等现象。

目前冻结壁交圈状况的主要判断监测手段为纵向测温法，但是地下水流速较大的地层冻结壁的形状不规则，不能形成较为理想的冻土圆筒。所以由单孔冻土柱升温的数学计算模型获得的冻结壁发育状况与实际仍然存在一定差距。

此外，由于冻结器内纵向测温之前需要经历“停止盐水循环4-6h→切割羊角→下测温线→测量→提测温线”等步骤，存在停冻准备时间长，需要人员多，停冻时间无法准确控制等不足之处。

由于纵向测温法受到以上因素影响，所以检测结果与实际情况之间的偏差较大，无法真正达到定量掌握冻结壁交圈状况的技术要求。

研究表明，含水土层在冻结后颗粒间距减小、含水率降低、土层固相整体性有较大提升，从而使得超声波在冻土介质中传播速度明显大于未冻土。如果在不同冻结时期将超声波探头下放至冻结管内，对冻结前后各个土层超声波传播速度进行测定与对比，将能够及时的评价冻结壁交圈状况，定量的测定两冻结孔之间冻结壁未交圈距离。从而能够实现对冻结壁交圈状况的“早期预报、过程监测、效果评价”。

发明内容

本发明的目的是解决目前检测冻结壁交圈状况的纵向测温法需利用理想冻土圆柱来假设计算冻结壁未交圈距离，检测结果与实际状态之间偏差大的技术问题。

为实现以上目的，本发明提供一种通过超声波检测冻结壁交圈状况的方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)选择相邻且平行的两个冻结孔，在两个所述冻结孔内分别布设规格相同的冻结管，往每根所述冻结管内注入-25℃～-28℃的盐水；

(2)在第一根冻结管内放入超声波发射换能器，在第二根冻结管内放入超声波接收换能器，所述超声波发射换能器与超声波接收换能器处于同一水平面上；

(3)在注入-25℃～-28℃盐水后未循环前，进行冻结前阶段超声波检测：同时启动所述超声波发射换能器与超声波接收换能器，记录未冻结时超声波波速v_b和超声波由所述超声波发射换能器至所述超声波接收换能器的通行时间τ_b；

(4)在开始循环盐水后的0-20天期间，进行冻结壁交圈前阶段超声波检测：同时启动所述超声波发射换能器与超声波接收换能器，记录超声波波速v_d和超声波由所述超声波发射换能器至所述超声波接收换能器的通行时间τ_d，冻结壁未交圈距离S_w通过下式计算：

其中，S为超声波发射换能器至超声波接收换能器之间的直线距离。

进一步地，所述步骤(3)和步骤(4)中，所述超声波发射换能器沿着所述第一根冻结管的轴向每移动预设距离L，同时相应地，所述超声波接收换能器沿着所述第二根冻结管的轴向每移动预设距离L，则同时启动所述超声波发射换能器与超声波接收换能器一次，以分别进行一次冻结前阶段超声波检测和冻结壁交圈前阶段超声波检测。

进一步地，所述步骤(4)后面还包括以下步骤：