[发明专利]一种单孔探测孤石的探地雷达装置及其探测方法

说明书

技术领域

本发明属于地质勘探领域，涉及一种单孔探测孤石的探地雷达装置及其探测方法。

背景技术

中国城市地铁建设进入飞跃发展阶段，在南方地区，几乎所有地铁施工中均遇到孤石群。未探明的孤石群会给地铁盾构施工带来重大安全隐患，不仅导致盾构刀盘频繁被卡甚至严重变形，延误工期造成巨大经济损失，严重时还会导致工作面喷涌、塌方，引起突发地质灾害。因此，探测孤石是盾构施工关键技术，它是安全风险控制重要手段，可为提前采取工程措施提供依据。

钻探和物探方法是探测孤石的重要手段。钻探可以直观地揭露地铁盾构区间局部点位的地下球状风化体的竖向大小、赋存位置、表现形式等信息，但对于连续区域的探查则具有“一孔之见”的局限性，通过钻探能揭露到的孤石是十分有限的。

目前的物探方法主要以地表探测手段和跨孔CT扫描法为主。地表探测手段探测的深度有限，而跨孔CT扫描法则需要同时使用两个钻孔，也存在着局部盲区、测试时间长及费用高等缺点。

因此，开发一种能利用单孔即可准确探测钻孔周围是否存在孤石的方法及装置实属必要。

发明内容

本发明的目的为了克服现有技术的不足，提供一种单孔探测孤石的探测雷达装置，并提供一种基于单孔探测孤石的探测雷达装置的探测方法，实现了利用单个钻孔准确地探测在一定范围内(半径为5米)的孤石的存在、孤石的大小及其与钻孔的距离。

为了实现上述目的，本发明采用以下的技术方案：

一种单孔探测孤石的探地雷达装置，包括雷达天线、探地雷达主机、与所述探地雷达主机连接的计算机，所述雷达天线包括发射元件和接收元件；所述发射元件和接收元件分别通过导线与所述雷达主机连接；所述接收元件位于所述发射元件的上方或下方；所述发射元件与接收元件的间距为至少1米；所述发射元件与接收元件通过非金属材料固定成一体，构成收发电磁波装置。

进一步地，所述接收元件位于所述发射元件的垂直上方。所述发射元件与接收元件通过非金属材料固定成一圆柱体，构成收发电磁波装置，更适用于在钻孔中进行探测。

进一步地，所述非金属材料为塑料、树脂或橡胶。

进一步地，所述导线的长度为至少2米。

进一步地，一种单孔探测孤石的探地雷达装置，还包括用于探测孤石所在方位的定位装置；所述定位装置固定在所述收发电磁波装置上；所述定位装置与所述计算机相连。

更进一步地，所述定位装置包括可屏蔽电磁波发射的挡块和陀螺定向装置；所述挡块设于所述收发电磁波装置的外周，且与所述收发电磁波装置形成可发射及接受电磁波的间隙；所述陀螺定向装置固定在所述收发电磁波装置上；所述陀螺定向装置与所述计算机连接。所述可屏蔽电磁波发射的挡块为铜制挡块、铝制挡块或钢制挡块。雷达天线以360°发射并接收电磁波信号，是各方向电磁波叠加的效果，因此不能判别异常在钻孔的哪个方位。使用可屏蔽电磁波发射的挡块包围所述收发电磁波装置的外周且与所述收发电磁波装置上形成可发射及接受电磁波的间隙。此时，雷达天线并不能360°发射并接收电磁波信号，而只在所述间隙的位置发射并接收电磁波信号，再配合陀螺定向装置，即可探测到孤石的具体空间位置。

进一步地，一种单孔探测孤石的探地雷达装置，还包括用于收放所述雷达天线的滑轮。

更进一步地，所述滑轮上设有编码器；所述编码器与所述计算机连接。设于滑轮上的编码器可以记录滑轮转动的圈数，能了解雷达天线进入钻孔中的深度。

基于单孔探测孤石的探地雷达装置的探测方法，包括以下步骤：

(1)在掘进面前方未开挖段布置钻孔；

(2)将雷达天线放到钻孔中，对钻孔周围进行探测；

(3)采集探地雷达的回波信号，判断孤石存在、孤石的大小及其与钻孔的距离。

进一步地，所述步骤(1)中布置钻孔的具体方法包括沿隧道开挖轴线布置一排钻孔，钻孔垂直地面打入，相邻两个钻孔的间距为6-10米；钻孔的深度超出所需探测深度2米。

本发明具有如下优点和有益技术效果：