[发明专利]漂卵石地层电磁波探测空洞系统及应用

说明书

技术领域

本发明属于隧道及地下工程领域，涉及地下工程隧道穿越漂卵石地层引发滞后大变形所导致的地层空洞的实时探测装备及方法。

背景技术

目前我国城市轨道交通大力发展，各大城市竞相开展地铁建设工作。地铁的线路大多穿越主城区，地表多为城市道路或民用、商用建筑物。地铁的建设大多采用暗挖法施工，不同土层对施工的影响不同。我国西南部地区漂卵石地层分布广泛，影响漂卵石地层施工因素众多，其中由地层空洞引起的地表塌陷问题尤为突出，地铁施工就必须掌握施工沿线区域的地层空洞情况。

空洞探测主要有3种方法：探地雷达、自然电磁场法、瑞雷面波法。探地雷达是利用电磁波的反射原理探测地下介质分布或埋藏物的一种地球物理方法；自然电磁场法是通过探测地下地层感应到的地下电磁场强度来探测不同电性地层分布；瑞雷面波法是通过瑞雷面波在遇到不同密度的地层界面时会发生频散现象来探测不同密度地层分布的。上述方法虽然都能在一定程度上探测出地层空洞的范围、大小，但存在设备造价高、探测深度小、成相不清晰、结果不精准等不足。因此，亟需开发一种新型探测系统以适用于漂卵石地层空洞的探测。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电磁波探测地层空洞系统及其应用，尤其适用于漂卵石地层，针对漂卵石地层空洞类型不同、规模大小不一、走向和延伸不明显、形状不规则等特性加以有效的解决。

为达到上述目的，本发明的解决方案是：

一种漂卵石地层电磁波探测空洞系统，该系统的地下部分由电磁波发射探杆和电磁波接收探杆组成，地上部分由图像显示器、数据处理器、数据储存器、数据储换器、脉冲发射控制器、雷达主机控制系统、脉冲接收控制器、显示控制器组成，入地式探杆中电磁波的发射器和接收器是相互独立的，配合不同长度的探杆进行探测工作，以满足实际的探底空洞需求。

进一步，雷达主机控制系统与脉冲发射控制器相连以对其进行控制，脉冲发射控制器与发射器相连以对其进行控制，脉冲发射控制器根据雷达主机控制系统发出的指令将控制信号传递给发射器，电磁波发射探杆与发射器相连以将发射器发射的特定频率的电磁波传递到地层中；雷达主机控制系统与脉冲接收控制器相连以对其进行控制，脉冲接收控制器与接收器相连，接收器与电磁波接收探杆相连，接收器将电磁波接收探杆收集的电磁波信号传递至数据储换器；

雷达主机控制系统与数据储存器、数据储换器相连以对其进行实时控制；

雷达控制系统与显示控制器相连以对其进行控制，通过显示控制器上实时显示的数据来调整控制脉冲发射控制器；

数据储存器与数据处理器相连；数据处理器与图像显示器相连。

所述电磁波发射探杆包括一节单头连接的底部杆和一节与发射器结合的初始发射杆，加上根据探测地层深度配置的若干节圆筒形杆件连接组成；每节发射杆中都配备独立的电磁波发射装置，杆件端头的连接为螺纹连接以保证整个电磁波发射杆的电磁波信号传递的整体性。

所述电磁波接收探杆包括一节单头连接的底部杆和一节与接收器配合的初始接收杆，加上根据探测地层深度配置的若干节圆筒形杆件连接组成，每节接收杆中都配备了独立的电磁波接收装置。

所述圆筒形杆件高1000mm、直径100mm、壁厚4mm。

一种上述的漂卵石地层电磁波探测空洞系统在探测地层空洞中的应用。

将系统的电磁波发射探杆、电磁波接收探杆置入地层中，控制电磁波发射探杆发射电磁波，电磁波接收探杆将接收到的电磁波信号通过接收器反馈给脉冲接收控制器，脉冲接收控制器将接收到的电磁波信号输送到数据储换器中，数据储换器将信号传递到数据储存器中，数据储存器发送数据信息至数据处理器，或者根据雷达主机控制系统的指令将数据处理器中的信息提取到数据储存器中；数据处理器将处理好的信号传递到图像显示器以实时显示地层中的空洞情况。

进一步，根据电磁波在地层的有效探测精度动态调整所述电磁波发射探杆和电磁波接受探杆的间距；或，根据所述电磁波发射探杆和电磁波接受探杆的间距调节控制发射不同频率的电磁波。

优选的一种应用：

(1)将系统的电磁波发射探杆、电磁波接收探杆置入预先打好的竖向孔中；

(2)待探杆放入预先打好的竖向孔中后，使用探杆上的插头与探测系统相连接；该系统同时能匹配使用不同深度要求的探杆，或者根据两杆的横向间距调节发射不同频率的电磁波；