專利名稱：電阻率監(jiān)測凍結(jié)壁溫度場的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
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本發(fā)明為一種監(jiān)測方法，具體是電阻率監(jiān)測凍結(jié)壁溫度場的方法。
背景技術(shù)：
地層人工凍結(jié)技術(shù)(artificial ground freezing, AGF)是利用人工制冷的方法，降低土體的溫度使含水地層形成凍結(jié)體，從而在預(yù)期要開挖的場地外圍構(gòu)筑起穩(wěn)定且不透水的凍土結(jié)構(gòu)，以達(dá)到維護(hù)開挖面周圍土體穩(wěn)定、抵抗周圍水土壓力、防止地下水侵入的目的，是一種特殊的土木工程施工技術(shù)。
在深厚沖積層特殊鑿井技術(shù)方面，目前，德國、英國、波蘭、加拿大、比利時(shí)等國家凍結(jié)法鑿井深度均超過600m，煤礦中凍結(jié)深度最深的波蘭的魯布林煤礦一號(hào)井，凍結(jié)深度達(dá)到725m。隨著我國對(duì)煤炭能源需求的日益增大，煤礦新井建設(shè)逐步向深部延伸，礦井井筒穿越表土地層的厚度越來越大，淮南丁集礦井表士層厚度530. 5m、顧北礦463 m，板集礦580m，展溝礦620 m;淮北渦陽礦區(qū)表土層厚度在410m以上；菏澤郭屯煤礦主、副、風(fēng)3個(gè)井筒表土層深度分別為587.4 m， 583. lm和563.6 m，凍結(jié)深度702。凍結(jié)法鑿井技術(shù)成為通過不穩(wěn)定沖積層及其下伏基巖風(fēng)化巖層的主要特殊施工方法。
隨著城市建設(shè)的發(fā)展，人工地層凍結(jié)法在我國地鐵、基坑、市政等巖土工程中得到了廣泛地應(yīng)用。西班牙巴倫西亞的地鐵建設(shè)工程、美國威斯康森州密爾沃基市的輸洪大直徑深隧道工程、德國Dusseldorf市中心火車站附近的地鐵隧道工程、日本名古屋市的地下輸電隧道工程、俄羅斯圣 彼得堡地鐵工程、德國慕尼黑地鐵工程等，均成功地應(yīng)用了人工凍結(jié)法。20世紀(jì)90年代以來，我國先后在北京地鐵"復(fù)-八"線大北窯車站南隧道段、上海地鐵2號(hào)線中央公園站至楊高路站旁通道、天津地鐵過子牙河段、上海軌道交通楊浦線(M8線)曲陽路站-虹口足球場站區(qū)間隧道聯(lián)絡(luò)通道、廣州市軌道交通三號(hào)線天河客運(yùn)站折返線等工程中，成功應(yīng)用了水平凍結(jié)加固技術(shù)。
凍結(jié)法施工的關(guān)鍵是凍結(jié)壁問題，而凍結(jié)壁的強(qiáng)度和穩(wěn)定性主要取決于凍結(jié)壁溫度場的特征，包括溫度場的分布形式。在凍結(jié)的不同階段，不同土層的溫度場特征是不同的。在施工中有時(shí)會(huì)因?yàn)閮鼋Y(jié)壁整體強(qiáng)度不足，發(fā)生凍結(jié)管斷裂、 結(jié)構(gòu)物壓裂等事故，造成重大經(jīng)濟(jì)損失。因此，對(duì)實(shí)際工程中的溫度場進(jìn)行實(shí)時(shí) 監(jiān)測是凍結(jié)法信息化施工的主要內(nèi)容。在凍結(jié)工程中， 一般在凍結(jié)器布置圈徑的 內(nèi)、外側(cè)設(shè)置2 4個(gè)測溫孔，根據(jù)測溫孔內(nèi)各個(gè)測溫點(diǎn)的溫度發(fā)展來掌握凍結(jié) 壁的發(fā)展情況，通常將測溫?cái)?shù)據(jù)代入解析理論公式來計(jì)算凍結(jié)壁的厚度。但是， 在實(shí)踐中，僅有測溫孔的測溫?cái)?shù)據(jù)尚不能解決工程問題，因?yàn)闇y溫孔實(shí)測的數(shù)據(jù) 量較少，只反映了井筒凍結(jié)的局部情況，還達(dá)不到整體掌握井筒凍結(jié)壁發(fā)展的技 術(shù)要求，當(dāng)凍結(jié)壁出現(xiàn)不交圈問題時(shí)，就很難用測溫孔的數(shù)據(jù)來判斷。而且，傳 統(tǒng)的凍結(jié)壁溫度場監(jiān)測存在數(shù)據(jù)采集量少、費(fèi)用高等弊端。 發(fā)明內(nèi)容-
本發(fā)明目的就是為了彌補(bǔ)已有技術(shù)的缺陷，提供一種電阻率監(jiān)測凍結(jié)壁溫度 場的方法。它有效地提高了凍結(jié)壁溫度場信息化監(jiān)測的水平。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的
電阻率監(jiān)測凍結(jié)壁溫度場的方法，其特征在于依次按以下步驟進(jìn)行
(1) 、為了監(jiān)測在立井井筒或隧道周圈凍結(jié)壁溫度場的分布規(guī)律，在凍結(jié)壁周圈
鉆環(huán)形排列成一圈或多圈的檢測孔4 8個(gè)，檢測孔的深度為150~700m，檢測孔 直徑為133-159mm;
(2) 、在每個(gè)檢測孔內(nèi)放置帶有若干電極的多芯電纜，所述電極的電極距為 1.8~2.2m，將所述多芯電纜外端連接在電阻率儀上；
(3) 、測試立井井筒或隧道周圈土樣的含水量、密度等物理參數(shù)；在保持土樣物 理參數(shù)不變的情況下，采用電阻率法試驗(yàn)測定30 -3(TC不同溫度下土樣的電阻
率A，繪制Z-^曲線，求出回歸方程；利用安設(shè)于各檢測孔內(nèi)的電極現(xiàn)場對(duì)凍
結(jié)壁進(jìn)行電阻率數(shù)據(jù)采集，根據(jù)各土樣的Z-A方程和凍結(jié)地層鉆孔柱狀圖，繪
制凍結(jié)壁等溫線圖，從而得出凍結(jié)壁的發(fā)育情況。
本發(fā)明實(shí)施前，首先對(duì)立井井筒或隧道穿過的地層進(jìn)行取樣，測試各土樣的 含水量、密度等物理參數(shù)；在保持土樣物理參數(shù)不變的情況下，采用電阻率法試
驗(yàn)測定不同溫度下(30 -30°C) 土樣的導(dǎo)電性(電阻率A.)，繪制卜A.曲線， 求出回歸方程；采用直流電阻率法現(xiàn)場對(duì)凍結(jié)壁進(jìn)行電阻率數(shù)據(jù)采集，根據(jù)各土
4樣的^-A方程和凍結(jié)地層鉆孔柱狀圖，繪制凍結(jié)壁等溫線圖，從而得出凍結(jié)壁 的發(fā)育情況。
由于并行網(wǎng)絡(luò)電法測量系統(tǒng)的問世，大大加快了現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集的速度，使電 阻率法適時(shí)監(jiān)測凍結(jié)壁。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是
本發(fā)明數(shù)據(jù)采集量大、費(fèi)用低，大大提高了凍結(jié)壁溫度場信息化監(jiān)測的水平， 可有效地探測凍結(jié)過程中的斷管、不交圈等異?，F(xiàn)象，為凍結(jié)法安全施工提供保 障。且具有廣泛的實(shí)用性，應(yīng)用于采用地層人工凍結(jié)技術(shù)施工的煤礦立井和地鐵 隧道工程的凍結(jié)壁溫度場監(jiān)測。


圖1為本發(fā)明中探測孔的布置平面圖。 圖2為本發(fā)明的觀測系統(tǒng)圖。
具體實(shí)施例方式
電阻率監(jiān)測凍結(jié)壁溫度場的方法首先在立井井筒或隧道1周圈凍結(jié)壁5
鉆環(huán)形排列成兩圈的8個(gè)檢測孔2，檢測孔2的深度為150~700m，檢測孔2直 徑為133~159mm，具體數(shù)值根據(jù)實(shí)際情況而定；接著，在每個(gè)檢測孔2內(nèi)放置 帶有若干電極的多芯電纜，所述電極的電極距為1.8 2.2m，將所述多芯電纜3 外端連接在放置在地面上的電阻率儀4上，可進(jìn)行凍結(jié)地層的電阻率數(shù)據(jù)采集， 根據(jù)各土樣的f-A方程凍結(jié)地層鉆孔柱狀圖，繪制凍結(jié)壁等溫線圖，從而得出
凍結(jié)壁的發(fā)育情況。
權(quán)利要求
1、電阻率監(jiān)測凍結(jié)壁溫度場的方法，其特征在于依次按以下步驟進(jìn)行(1)、為了監(jiān)測在立井井筒或隧道周圈凍結(jié)壁溫度場的分布規(guī)律，在凍結(jié)壁周圈鉆環(huán)形排列成一圈或多圈的檢測孔4～8個(gè)，檢測孔的深度為150～700m，檢測孔直徑為133～159mm；(2)、在每個(gè)檢測孔內(nèi)放置帶有若干電極的多芯電纜，所述電極的電極距為1.8～2.2m，將所述多芯電纜外端連接在電阻率儀上；(3)、測試立井井筒或隧道周圈土樣的含水量、密度等物理參數(shù)；在保持土樣物理參數(shù)不變的情況下，采用電阻率法試驗(yàn)測定30～-30℃不同溫度下土樣的電阻率ρs，繪制t-ρs曲線，求出回歸方程；利用安設(shè)于各檢測孔內(nèi)的電極現(xiàn)場對(duì)凍結(jié)壁進(jìn)行電阻率數(shù)據(jù)采集，根據(jù)各土樣的t-ρs方程和凍結(jié)地層鉆孔柱狀圖，繪制凍結(jié)壁等溫線圖，從而得出凍結(jié)壁的發(fā)育情況。
全文摘要
本發(fā)明公開了電阻率監(jiān)測凍結(jié)壁溫度場的方法首先在立井井筒或隧道周圈凍結(jié)壁鉆環(huán)形排列成一圈或兩圈的檢測孔4～8個(gè)，檢測孔的深度為150～700m，檢測孔直徑為133～159mm；接著，在每個(gè)檢測孔內(nèi)放置帶有若干電極的多芯電纜，所述電極的電極距為1.8～2.2m，將所述多芯電纜外端連接在放置在地面上的電阻率儀上，可進(jìn)行凍結(jié)地層的電阻率數(shù)據(jù)采集，根據(jù)各土樣的t-ρ_s方程凍結(jié)地層鉆孔柱狀圖，繪制凍結(jié)壁等溫線圖，從而得出凍結(jié)壁的發(fā)育情況。本發(fā)明數(shù)據(jù)采集量大、費(fèi)用低，大大提高了凍結(jié)壁溫度場信息化監(jiān)測的水平，可有效地探測凍結(jié)過程中的斷管、不交圈等異常現(xiàn)象，為凍結(jié)法安全施工提供保障。
文檔編號(hào)G01K7/16GK101504320SQ20091011637
公開日2009年8月12日 申請(qǐng)日期2009年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月17日
發(fā)明者姚直書, 宋海清, 樺 王, 王曉健, 樺 程, 榮傳新, 蔡海兵 申請(qǐng)人:安徽理工大學(xué)