鉆孔三維成像儀參與灌漿施工質(zhì)量控制的運(yùn)用與探討

謝天林 黎永斌

【摘要】 如何讓隱蔽的灌漿工程變得可視是困繞工程界多年的難題，近年來隨科學(xué)技術(shù)進(jìn)步，僅在重要勘察設(shè)計(jì)階段才用得起的鉆孔三維成像技術(shù)，隨技術(shù)的發(fā)展和采購(gòu)價(jià)格的下降，讓該技術(shù)在灌漿施工質(zhì)量控制中普遍運(yùn)用成為可能，將鉆孔三維成像技術(shù)成果結(jié)合進(jìn)灌漿施工質(zhì)量控制的驗(yàn)收工序中，進(jìn)而助推施工質(zhì)量提高。

【關(guān)鍵詞】 隱蔽的灌漿工程；鉆孔三維成像技術(shù)；可視；質(zhì)量控制；驗(yàn)收工序

一、前言

灌漿工程是隱蔽工程，施工質(zhì)量好壞難以進(jìn)行直觀和準(zhǔn)確的檢驗(yàn)，當(dāng)前對(duì)灌漿過程質(zhì)量控制主要依靠灌漿自動(dòng)記錄儀提高灌漿記錄的質(zhì)量，進(jìn)而有利于提高灌漿質(zhì)量。國(guó)際大壩委員會(huì)技術(shù)通報(bào)55號(hào)指出：“灌漿系統(tǒng)自動(dòng)化本身不可能提高灌漿效果”。筆者認(rèn)可夏可風(fēng)在《關(guān)于使用灌漿記錄儀的幾個(gè)問題》中提出的“決定灌漿質(zhì)量的條件很多，最重要的現(xiàn)場(chǎng)條件是有效的管理和承包商誠(chéng)實(shí)認(rèn)真地工作”。如果現(xiàn)場(chǎng)管理失控、失效，承包商不能積極地工作，那么再好的記錄儀也不起作用。

如何從技術(shù)手段上讓施工方誠(chéng)實(shí)認(rèn)真工作，經(jīng)筆者對(duì)當(dāng)前鉆孔三維成像儀采集的孔內(nèi)數(shù)據(jù)成果分析、探討，進(jìn)而得出提高灌漿施工質(zhì)量控制的方法之一。

二、鉆孔三維成像儀常規(guī)用途概述

鉆孔三維成像儀因其昂貴的造價(jià)在灌漿工程中僅用于工程水文地質(zhì)前期勘察或事故處理中，通常用于觀測(cè)鉆孔中地質(zhì)體的各種特征及細(xì)微構(gòu)造，如地層巖性、巖石結(jié)構(gòu)、斷層、裂隙、夾層、巖溶等，編錄地質(zhì)柱狀圖，可形成數(shù)字化鉆孔巖芯，永久保存，特別適合于無法取得實(shí)際巖芯的破碎地層。

近年來由于科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，鉆孔三維成像儀采購(gòu)價(jià)格大幅下降，由30～40多萬元/臺(tái)降至12～13萬元/臺(tái)左右，該設(shè)備較低的價(jià)格為其普遍介入灌漿工程施工創(chuàng)造了條件。

三、鉆孔三維成像儀從灌漿鉆孔中采集以下成果簡(jiǎn)述

當(dāng)前國(guó)內(nèi)市面上常用的鉆孔三維成像儀大多采用DSP圖像處理技術(shù)將全景攝像探頭+剖面實(shí)時(shí)自動(dòng)提取+深度自動(dòng)校準(zhǔn)等功能集成在一起，現(xiàn)場(chǎng)操作及成果處理簡(jiǎn)便。其孔內(nèi)光學(xué)成像系統(tǒng)能對(duì)鉆孔進(jìn)行全方位、全柱面視頻錄制和后期成像。

鉆孔三維成像儀：由主機(jī)+探頭+線架+滑輪組合而成。

采用圓錐形導(dǎo)向鏡反射環(huán)狀圖像法拍攝，光學(xué)探頭中的信號(hào)源發(fā)射的光信號(hào)經(jīng)井壁反射后，被攝像頭接受，并形成一個(gè)像點(diǎn)，攝像頭旋轉(zhuǎn)一周采集到環(huán)狀的井壁圖像。

探頭在鉆孔內(nèi)連續(xù)進(jìn)行，便可拍攝到一系列的圖像環(huán)，系統(tǒng)將這一系列的圖像環(huán)按順序拼接后，得到鉆孔孔壁的連續(xù)圖像。

其成果如下：

1、孔內(nèi)電視

經(jīng)筆者現(xiàn)場(chǎng)操作，從視頻圖上可清楚看到以下情況：斷層、裂隙、夾層、巖溶、地下水位、孔口管長(zhǎng)度、灌后漿脈充填情況等。

2、鉆孔三維成像

從鉆孔成像成果上可提取以下數(shù)據(jù)：鉆孔深度、產(chǎn)狀、裂縫寬度、夾層與巖溶等的空腔面積、灌后漿脈充填情況等。

3、鉆孔三維軌跡圖

從鉆孔三維軌跡圖上可提取以下數(shù)據(jù)：孔口管長(zhǎng)度20.5m、鉆孔深度20.0m處：相應(yīng)X、Y軸方向偏斜0、Z軸方向偏斜0.03m等。

從鉆孔三維軌跡圖上可提取以下數(shù)據(jù)：鉆孔掃描最大深度83.5m處，相應(yīng)X、Y軸方向偏斜0、Z軸方向偏斜0.17m等，鉆孔整數(shù)m深度對(duì)應(yīng)偏差均能查到，鉆孔三維軌跡圖清晰揭示出鉆孔在不同高程上的偏斜。

4、鉆孔成像成果圖

從鉆孔成像成果圖上可提取以下數(shù)據(jù)：孔口管固管深度、鉆孔深度、裂縫產(chǎn)狀、寬度、面積及對(duì)應(yīng)的高程。

四、鉆孔三維成像儀采集數(shù)據(jù)與灌漿質(zhì)量控制的相關(guān)性分析

從灌漿質(zhì)量控制的角度分析，鉆孔三維成像儀能精確采集以灌漿質(zhì)量相關(guān)數(shù)據(jù)：鉆孔實(shí)鉆孔深、每m深度的三維偏斜值、孔口管實(shí)際埋設(shè)深度、己灌段灌后漿脈充填情況、未灌漿段裂隙（孔隙）發(fā)育情況等。具體分析比較見表1：

表1分析比較結(jié)果來說，鉆孔三維成像儀在10個(gè)方面的檢測(cè)成果優(yōu)于常規(guī)檢測(cè)手段，值得在灌漿質(zhì)量控制方面推廣運(yùn)用。

五、鉆孔三維成像儀在灌漿質(zhì)量過程中的運(yùn)用

因鉆孔成像儀昂貴的價(jià)格，在使用過程中要防止成像儀卡在孔內(nèi)至使設(shè)備損壞，筆者推薦的使用經(jīng)驗(yàn)是：在每一個(gè)灌漿孔終段鉆孔冼孔結(jié)束后，即可進(jìn)行鉆孔三維成像儀全孔掃描，此為最佳時(shí)機(jī)，原因是終孔段以上各段經(jīng)灌漿處理后，孔內(nèi)掉塊卡住成像儀的概率要少很多，可最大限度減少事故發(fā)生，同時(shí)獲取終孔段灌前影像數(shù)據(jù)資料，減少對(duì)終孔底界的誤判。運(yùn)用優(yōu)點(diǎn)如下：

1、替代終孔測(cè)斜驗(yàn)收工序：灌漿孔終段鉆孔冼孔結(jié)束，即可進(jìn)行全孔掃描，獲取全孔終孔段以上己灌漿段數(shù)據(jù)資料，從三維軌跡圖上導(dǎo)出每m的三維數(shù)據(jù)用于計(jì)算鉆孔偏斜。

2、減少對(duì)終孔底界的誤判：因?qū)K孔段的掃描是在灌漿前進(jìn)行的，孔內(nèi)地質(zhì)情況未受灌漿影響，其清晰的影像資料有助于技術(shù)人員對(duì)終孔防滲底界深度的解讀與研判。

3、替代鉆孔取芯、巖芯裝箱、保存等工作：常規(guī)的鉆孔取芯需投入大量的人工、耗用很多巖芯箱且無法實(shí)現(xiàn)永久保存。在鉆取芯樣的過程中，為確保取芯率達(dá)設(shè)計(jì)要求，甚至需要降低鉆孔功效來保證取芯率。通過鉆孔成像儀獲取的全孔掃描數(shù)據(jù)成果，在永久保存巖芯方面幾乎不需要成本。

4、杜絕施工方張冠李戴假驗(yàn)孔，以確保工程質(zhì)量：因灌漿工程的隱蔽性，監(jiān)理及工程技術(shù)人員難免疏漏，鉆工在利益的驅(qū)使下，存在弄虛作假的故意，張冠李戴用甲孔戴替乙孔欺騙監(jiān)理通過驗(yàn)收，形成質(zhì)量隱患。若用成像儀對(duì)每個(gè)鉆孔均進(jìn)行鉆孔掃描，其成果是絕不會(huì)雷同的，非常便于比對(duì)，開鉆前即強(qiáng)調(diào)每孔均進(jìn)行成像掃描的驗(yàn)收程序，將杜絕施工方的弄虛作假行為。

5、為灌漿工程的計(jì)量支付提供原始可靠的數(shù)據(jù)資料，從其成果圖上能直接觀察到孔口管埋設(shè)深度、鉆孔深度、鉆孔直徑等數(shù)據(jù)，便于監(jiān)理、業(yè)主核驗(yàn)工程量。

6、孔內(nèi)灌漿效果后評(píng)價(jià)：對(duì)灌漿后的孔段進(jìn)行掃描成像，將獲取受灌段漿脈充填/結(jié)石的影像數(shù)據(jù)資料，便于技術(shù)人員對(duì)灌漿參數(shù)、灌漿材料、施灌效果評(píng)價(jià)修正。

六、結(jié)束語

科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，鉆孔三維成像儀售賣價(jià)格的下降，在灌漿施工中普遍運(yùn)用孔內(nèi)三維成像技術(shù)成為可能，筆者建議在灌漿質(zhì)量工序驗(yàn)收規(guī)程中增加孔內(nèi)掃描工序，技術(shù)上沒有障礙，同時(shí)讓隱蔽的灌漿工程透明可視，從驗(yàn)收程序上助推灌漿施工質(zhì)量的提高。

參考資料：

[1]夏可風(fēng)等《灌漿技術(shù)集》2015年7月

[2]武漢長(zhǎng)盛工程檢測(cè)技術(shù)開發(fā)有限公司《鉆孔三維電視成像儀使用說明》 2016年7月

[3]成果展示涉及的鉆孔資料、數(shù)據(jù)均來源于文山州德厚水庫(kù)庫(kù)區(qū)帷幕灌漿工程