CFC是基于电磁波反射与相干原理的超前探水技术。隧道围岩含水后电导率与电容率(介电常数)增大,波阻抗降低。干、湿岩体的波阻抗在中等频段(100kHZ-10MHZ)差异最大,反射最强。当含水界面到接收点的距离等于1/4波长时,电磁波在接收点发生相干叠加即谐振。含水量越大,反射越强,相干的幅值也越强。通过测量反射波的相干频率和电磁波速,可确定掌子面前方围岩含水体的位置与含水量的大小。
CFC技术可用于TBM、盾构、钻爆法施工的隧道,探测距离可超过100m,分辨率约1-3m。
CFC结果图是对反射相干能量成像。相干能量强的位置表示存在含水界面,能量越强,含水量越大。
马来西亚某铁路隧道位于吉隆坡东北部山区,横穿巴雅山脉。根据现场地质勘察和钻探,结合区域地质资料可知,隧道围岩主要是花岗岩,灰白色、青灰色、中粗粒状结构、块状构造。
此地花岗岩干燥时强度高,遇水成渣,强度降低,易发生坍塌,卡刀盘等事故。所以探水工作非常重要。
偏移图像反应反射波相干能量的分布。图像的水平坐标为距离开口位置的相对坐标及距掌子面的距离,蓝色、墨蓝色条纹表示相干能量强,反射波强,含水量大的界面,绿色次之,红色含水量少。进行围岩电磁波速扫描,得到预报区段隧道围岩平均电磁波速为0.158m/ns,平均相对介电常数为6.259。
此段预报结果为岩干燥
实际开发结果与之相符。
掌子面前方80m处有蓝色条带,预报滴水-淋雨状,
实际开发显示此位置与预报相同,
掌子面前方85-88米处有蓝色条带预报淋雨状,实际开发后与之相符。
第二次预报结果
偏移图像反应反射波相干能量的分布。图像的水平坐标为距离开口位置的相对坐标及距掌子面的距离,蓝色、墨蓝色条纹表示相干能量强,反射波强,含水量大的界面,绿色次之,红色含水量少。进行围岩电磁波速扫描,得到预报区段隧道围岩平均电磁波速为0.108m/ns,平均相对介电常数为9.243。
现场验证
预报结果显示掌子面前29米处潮湿渗水,开挖结果吻合。
35-42米淋雨状与开挖现场吻合,56-62滴水-淋雨状与开挖结果吻合,66-80米处淋雨状与开挖结果吻合。
通过两次连续探水预报工作及现场跟踪验证情况来看,CFC探水准确率达90%以上,真正满足了操作简便,预报准确,很好的满足了隧道生产需求。