田素鵬，李 靜，劉 波，劉 超，靳立飛

（1.河北建研科技有限公司，石家莊 050021；2.河北建研工程技術(shù)有限公司，石家莊 050021）

0 引言

自20世紀(jì)50年代光學(xué)成像技術(shù)被引入到測(cè)井后，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，從最開始模擬方式的鉆孔照相系統(tǒng)，到側(cè)視旋轉(zhuǎn)鉆孔電視、全景式孔內(nèi)彩色電視和側(cè)壁軸向觀測(cè)的雙CCD 鉆孔電視等井下電視系統(tǒng)，一直發(fā)展到現(xiàn)在的全孔壁數(shù)字成像技術(shù)［1－3］。全孔壁數(shù)字成像利用CCD 攝像頭通過某種反射裝置從側(cè)視視角拍攝孔壁，實(shí)現(xiàn)了孔壁資料的定量分析及整孔和分段孔壁圖像生成技術(shù)上的突破。全孔壁數(shù)字成像硬件方面的發(fā)展在于設(shè)備便攜化和系統(tǒng)可靠性的提高，軟件方面則在于節(jié)理裂隙等目標(biāo)體的自動(dòng)識(shí)別、資料處理速度的提高以及多孔資料綜合分析方面的研究。國(guó)內(nèi)主要應(yīng)用于公路、橋梁、隧道等方面鉆孔的測(cè)試以及與井間CT 聯(lián)合測(cè)井。國(guó)外應(yīng)用集中在水文地質(zhì)勘察、確定邊坡中是否存在滑動(dòng)面等［4－7］。

本文以滿城漢墓上覆巖體為研究對(duì)象，通過全孔壁數(shù)字成像技術(shù)對(duì)勘探孔進(jìn)行全孔壁圖像采集，獲取巖體的破碎程度、裂隙產(chǎn)狀等信息，進(jìn)而分析墓室漏水原因，為防滲注漿設(shè)計(jì)及施工提供科學(xué)依據(jù)。

1 系統(tǒng)原理

全孔壁數(shù)字成像系統(tǒng)采用錐面鏡，將孔壁柱面反射變換成圓環(huán)，疊加深度和羅盤指針后，保存在磁帶中。室內(nèi)分析時(shí)從磁帶中采集圖像數(shù)據(jù)對(duì)孔壁進(jìn)行重建，生成整孔或分段孔壁平面展開圖和三維虛擬巖芯圖。全景圖像上的點(diǎn)是孔內(nèi)點(diǎn)在錐面鏡上的投影，在連續(xù)多幀全景圖像中的運(yùn)動(dòng)方式為：進(jìn)入外圓→沿徑向向內(nèi)圓移動(dòng)→移出內(nèi)圓。裂隙在全景圖像中運(yùn)動(dòng)軌跡為裂隙上各點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的合成：錐面鏡底面經(jīng)過裂隙最高點(diǎn)時(shí)，對(duì)應(yīng)點(diǎn)在全景圖像中從傾向反方向上開始進(jìn)入圓環(huán)外圓，隨著錐面鏡下降，裂隙上各個(gè)點(diǎn)依次出現(xiàn)在圓環(huán)中，等到錐面鏡頂面超過裂隙最低點(diǎn)時(shí)，該點(diǎn)從裂隙傾向方向上離開內(nèi)圓。平面裂隙在全景圖像中為圓錐曲線，在平面展開圖中為正弦狀曲線。平面展開圖中正弦狀曲線最低點(diǎn)所在方位即為該裂隙的傾向。傾角可由該正弦曲線的最高點(diǎn)到最低點(diǎn)的垂直距離與鉆孔直徑比值的反正切函數(shù)求得，裂隙的寬度可由空間距離公式計(jì)算。

2 應(yīng)用

2.1 測(cè)試孔布置

本次工作采用JL－IDOI（C）型智能鉆孔電視成像系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)字圖像信息采集。在墓室設(shè)計(jì)帷幕線附近設(shè)置勘探孔，共設(shè)置3個(gè)勘探孔，編號(hào)與探測(cè)深度見表1。

表1 勘探孔編號(hào)及測(cè)試深度

2.2 測(cè)試結(jié)果分析

將各鉆孔全孔壁數(shù)字成像測(cè)試結(jié)果與巖芯鉆取成果進(jìn)行對(duì)照，綜合分析巖層破碎情況。

（1）LKTK01：

圖1 LKTK01全孔壁數(shù)字成像成果

圖2 LKTK01巖芯鉆取成果

對(duì)照LKTK01全孔壁數(shù)字圖像與巖芯成果發(fā)現(xiàn)：2.6～5.2m 間巖體破碎，所取巖芯多為碎石，且取芯率很低，存在溶洞；5.4～7.6m 間存在多條發(fā)育裂隙，裂隙中未發(fā)現(xiàn)填充物；20.8～22.9 m 間存在多條結(jié)構(gòu)面裂隙，裂隙內(nèi)部充填有粘性土；23.2～25.2m 間巖體中存在溶蝕現(xiàn)象。巖體中裂隙傾向?yàn)?08°～178°，傾角為12°～45°。巖體裂隙密度2～20條／米。

（2）LKTK02：

對(duì)照LKTK02全孔壁數(shù)字圖像與巖芯成果發(fā)現(xiàn)：0～2.5m 存在多條橫向貫通裂隙且交錯(cuò)有豎向裂隙，巖石破碎較嚴(yán)重；4.7～5.7m 存在豎向小型溶洞；13.8～14.7 m 存在多條溶蝕裂隙；16.9～18.3m 存在溶蝕現(xiàn)象。巖體中裂隙傾向85°～162°，傾角為10°～42°。巖體裂隙密度為2～25條／m。

圖3 LKTK02全孔壁數(shù)字成像成果

圖4 LKTK02巖芯鉆取成果

（3）LKTK03：

對(duì)照LKTK03全孔壁數(shù)字圖像與巖芯成果發(fā)現(xiàn)，0～2m、6.5～7.5m 處存在橫向貫通裂隙，未發(fā)現(xiàn)填充物；23.1～23.6 m 處存在巖石碎裂現(xiàn)象；27.7～28.7m 處存在溶蝕現(xiàn)象。巖體中裂隙傾向89°～170°，傾角為10°～42°。巖體裂隙密度為5 ～20 條／米。

圖5 LKTK03全孔壁數(shù)字成像成果

圖6 LKTK03巖芯鉆取成果

3 結(jié)論

（1）通過使用全孔壁數(shù)字電視系統(tǒng)對(duì)墓室上覆巖體的勘察，與現(xiàn)場(chǎng)鉆取的巖芯資料相互驗(yàn)證，掌握了清晰直觀的數(shù)據(jù)資料，分析資料證明：巖體中存在大量橫向與豎向交錯(cuò)裂隙、溶蝕以及溶洞，為墓室漏水的主要原因。全孔壁數(shù)字成像技術(shù)在巖體勘察中有很好的應(yīng)用價(jià)值。

（2）建議采用帷幕灌漿方法進(jìn)行墓室防滲處理，灌漿過程中可根據(jù)全孔壁數(shù)字成像成果及時(shí)調(diào)整水灰比、注漿壓力等注漿參數(shù)。

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