日本戶田建設(shè)開發(fā)山嶺隧道地質(zhì)測量新技術(shù)DRi Log
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2021年3月5日，日本戶田建設(shè)開發(fā)了一種用于山嶺隧道的地質(zhì)測量技術(shù)(DRi Log)，可以輕松測量開挖面前方地質(zhì)的物理特征，這些物理特征對于安全合理地開挖隧道非常重要。該技術(shù)將內(nèi)置傳感器的測量管插入開挖面用于鉆探檢層等所設(shè)置的水平孔中，以獲得彈性波速度和電阻率分布等地質(zhì)物理特征，因此可以一次性獲取隧道施工所需的重要數(shù)據(jù)。

彈性波速度是用于地層分類的最重要指標(biāo)，因裂縫和破碎帶的存在而衰減；電阻率也可用于地層分類，但很容易受到地層中水分含量狀況和黏土化的影響。戶田建設(shè)認(rèn)為通過同時(shí)測量彈性波速度和電阻率，可以提高地質(zhì)狀況評估的準(zhǔn)確性。

開發(fā)背景

了解開挖面前方地質(zhì)情況可以有效避免山嶺隧道開挖面坍塌等，對于安全施工十分重要。雖然之前戶田建設(shè)已經(jīng)開發(fā)了一種可以直接觀察開挖面前方地質(zhì)的內(nèi)窺鏡開挖面前方調(diào)查技術(shù)(DRi Scope)，但無法掌握地層的物理特征。根據(jù)地質(zhì)情況，DRi Log技術(shù)與DRi Scope技術(shù)結(jié)合使用，有助于建立高層次的開挖面前方探測系統(tǒng)，提高隧道開挖的安全性和合理性。

技術(shù)要點(diǎn)

采用DRi Log技術(shù)時(shí)，使用液壓鑿巖臺(tái)車等先在開挖面前方鑿30～50 m的水平孔，在水平孔內(nèi)插入可同時(shí)測量彈性波和電阻率的測量管，測量管由聚氯乙烯制成，既容易插入水平孔內(nèi)，又起到保護(hù)傳感器的作用。通過直接測量開挖面前方的地質(zhì)特征，評估開挖面前方的情況。

設(shè)置在測量管頂部的電阻率測量電極(測量傳感器)呈刷狀環(huán)形，便于和地層保持良好的接觸。電阻率測量電極有6個(gè)，通過切換3種模式的電極配置進(jìn)行測量是可行的。另外，在測量管內(nèi)部以2 m的間隔內(nèi)置有彈性波接收器。彈性波接收器是可以切斷的部件，連接到測量管的前端。即使在測量中孔壁坍塌導(dǎo)致不能拔出測量管，彈性波接收器等主要的傳感器仍然可以回收。

測量的方法是敲擊開挖面，用測量管內(nèi)的接收器測量彈性波速度，然后一邊拔出測量管一邊移動(dòng)電極，用四電極法測量電阻率。這樣可以獲得開挖面前方30～50 m區(qū)間的彈性波速度和電阻率分布。

工程應(yīng)用

戶田建設(shè)在日本設(shè)樂大壩設(shè)樂根羽線1號(hào)隧道施工中使用了該技術(shù)。在一次測量管插入作業(yè)中測量了開挖面前方30 m內(nèi)的電阻率分布和彈性波速度。電阻率在孔隙粗糙的地方，除了因接觸不良而出現(xiàn)大的數(shù)值以外(約100 Ω·m)，與開挖時(shí)的觀察結(jié)果對照，技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)所獲得的數(shù)值反映了地層情況。施工中得到的彈性波速度約為2.5 km/s(開挖面區(qū)域除外)。

今后計(jì)劃

DRi Log技術(shù)可應(yīng)用于開挖面前方50 m內(nèi)的地質(zhì)測量，通過結(jié)合已開發(fā)的內(nèi)窺鏡開挖面前方調(diào)查技術(shù)DRi Scope，可以獲得更精確的開挖面前方地質(zhì)信息。戶田建設(shè)希望將該技術(shù)應(yīng)用于破碎帶等地質(zhì)條件惡劣的山嶺隧道工程中，以提高隧道施工的安全性和合理性，助力隧道施工。