专利名称：电阻率监测冻结壁温度场的方法
技术领域：
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本发明为一种监测方法，具体是电阻率监测冻结壁温度场的方法。
背景技术：
地层人工冻结技术(artificial ground freezing, AGF)是利用人工制冷的方法，降低土体的温度使含水地层形成冻结体，从而在预期要开挖的场地外围构筑起稳定且不透水的冻土结构，以达到维护开挖面周围土体稳定、抵抗周围水土压力、防止地下水侵入的目的，是一种特殊的土木工程施工技术。
在深厚冲积层特殊凿井技术方面，目前，德国、英国、波兰、加拿大、比利时等国家冻结法凿井深度均超过600m，煤矿中冻结深度最深的波兰的鲁布林煤矿一号井，冻结深度达到725m。随着我国对煤炭能源需求的日益增大，煤矿新井建设逐步向深部延伸，矿井井筒穿越表土地层的厚度越来越大，淮南丁集矿井表士层厚度530. 5m、顾北矿463 m，板集矿580m，展沟矿620 m;淮北涡阳矿区表土层厚度在410m以上；菏泽郭屯煤矿主、副、风3个井筒表土层深度分别为587.4 m， 583. lm和563.6 m，冻结深度702。冻结法凿井技术成为通过不稳定冲积层及其下伏基岩风化岩层的主要特殊施工方法。
随着城市建设的发展，人工地层冻结法在我国地铁、基坑、市政等岩土工程中得到了广泛地应用。西班牙巴伦西亚的地铁建设工程、美国威斯康森州密尔沃基市的输洪大直径深隧道工程、德国Dusseldorf市中心火车站附近的地铁隧道工程、日本名古屋市的地下输电隧道工程、俄罗斯圣 彼得堡地铁工程、德国慕尼黑地铁工程等，均成功地应用了人工冻结法。20世纪90年代以来，我国先后在北京地铁"复-八"线大北窑车站南隧道段、上海地铁2号线中央公园站至杨高路站旁通道、天津地铁过子牙河段、上海轨道交通杨浦线(M8线)曲阳路站-虹口足球场站区间隧道联络通道、广州市轨道交通三号线天河客运站折返线等工程中，成功应用了水平冻结加固技术。
冻结法施工的关键是冻结壁问题，而冻结壁的强度和稳定性主要取决于冻结壁温度场的特征，包括温度场的分布形式。在冻结的不同阶段，不同土层的温度场特征是不同的。在施工中有时会因为冻结壁整体强度不足，发生冻结管断裂、 结构物压裂等事故，造成重大经济损失。因此，对实际工程中的温度场进行实时 监测是冻结法信息化施工的主要内容。在冻结工程中， 一般在冻结器布置圈径的 内、外侧设置2 4个测温孔，根据测温孔内各个测温点的温度发展来掌握冻结 壁的发展情况，通常将测温数据代入解析理论公式来计算冻结壁的厚度。但是， 在实践中，仅有测温孔的测温数据尚不能解决工程问题，因为测温孔实测的数据 量较少，只反映了井筒冻结的局部情况，还达不到整体掌握井筒冻结壁发展的技 术要求，当冻结壁出现不交圈问题时，就很难用测温孔的数据来判断。而且，传 统的冻结壁温度场监测存在数据采集量少、费用高等弊端。 发明内容-
本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种电阻率监测冻结壁温度 场的方法。它有效地提高了冻结壁温度场信息化监测的水平。
本发明是通过以下技术方案实现的
电阻率监测冻结壁温度场的方法，其特征在于依次按以下步骤进行
(1) 、为了监测在立井井筒或隧道周圈冻结壁温度场的分布规律，在冻结壁周圈
钻环形排列成一圈或多圈的检测孔4 8个，检测孔的深度为150~700m，检测孔 直径为133-159mm;
(2) 、在每个检测孔内放置带有若干电极的多芯电缆，所述电极的电极距为 1.8~2.2m，将所述多芯电缆外端连接在电阻率仪上；
(3) 、测试立井井筒或隧道周圈土样的含水量、密度等物理参数；在保持土样物 理参数不变的情况下，采用电阻率法试验测定30 -3(TC不同温度下土样的电阻
率A，绘制Z-^曲线，求出回归方程；利用安设于各检测孔内的电极现场对冻
结壁进行电阻率数据采集，根据各土样的Z-A方程和冻结地层钻孔柱状图，绘
制冻结壁等温线图，从而得出冻结壁的发育情况。
本发明实施前，首先对立井井筒或隧道穿过的地层进行取样，测试各土样的 含水量、密度等物理参数；在保持土样物理参数不变的情况下，采用电阻率法试
验测定不同温度下(30 -30°C) 土样的导电性(电阻率A.)，绘制卜A.曲线， 求出回归方程；采用直流电阻率法现场对冻结壁进行电阻率数据采集，根据各土
4样的^-A方程和冻结地层钻孔柱状图，绘制冻结壁等温线图，从而得出冻结壁 的发育情况。
由于并行网络电法测量系统的问世，大大加快了现场数据采集的速度，使电 阻率法适时监测冻结壁。
本发明的优点是
本发明数据采集量大、费用低，大大提高了冻结壁温度场信息化监测的水平， 可有效地探测冻结过程中的断管、不交圈等异常现象，为冻结法安全施工提供保 障。且具有广泛的实用性，应用于采用地层人工冻结技术施工的煤矿立井和地铁 隧道工程的冻结壁温度场监测。
图1为本发明中探测孔的布置平面图。 图2为本发明的观测系统图。
具体实施例方式
电阻率监测冻结壁温度场的方法首先在立井井筒或隧道1周圈冻结壁5
钻环形排列成两圈的8个检测孔2，检测孔2的深度为150~700m，检测孔2直 径为133~159mm，具体数值根据实际情况而定；接着，在每个检测孔2内放置 带有若干电极的多芯电缆，所述电极的电极距为1.8 2.2m，将所述多芯电缆3 外端连接在放置在地面上的电阻率仪4上，可进行冻结地层的电阻率数据采集， 根据各土样的f-A方程冻结地层钻孔柱状图，绘制冻结壁等温线图，从而得出
冻结壁的发育情况。
权利要求
1、电阻率监测冻结壁温度场的方法，其特征在于依次按以下步骤进行(1)、为了监测在立井井筒或隧道周圈冻结壁温度场的分布规律，在冻结壁周圈钻环形排列成一圈或多圈的检测孔4～8个，检测孔的深度为150～700m，检测孔直径为133～159mm；(2)、在每个检测孔内放置带有若干电极的多芯电缆，所述电极的电极距为1.8～2.2m，将所述多芯电缆外端连接在电阻率仪上；(3)、测试立井井筒或隧道周圈土样的含水量、密度等物理参数；在保持土样物理参数不变的情况下，采用电阻率法试验测定30～-30℃不同温度下土样的电阻率ρs，绘制t-ρs曲线，求出回归方程；利用安设于各检测孔内的电极现场对冻结壁进行电阻率数据采集，根据各土样的t-ρs方程和冻结地层钻孔柱状图，绘制冻结壁等温线图，从而得出冻结壁的发育情况。
全文摘要
本发明公开了电阻率监测冻结壁温度场的方法首先在立井井筒或隧道周圈冻结壁钻环形排列成一圈或两圈的检测孔4～8个，检测孔的深度为150～700m，检测孔直径为133～159mm；接着，在每个检测孔内放置带有若干电极的多芯电缆，所述电极的电极距为1.8～2.2m，将所述多芯电缆外端连接在放置在地面上的电阻率仪上，可进行冻结地层的电阻率数据采集，根据各土样的t-ρ<sub>s</sub>方程冻结地层钻孔柱状图，绘制冻结壁等温线图，从而得出冻结壁的发育情况。本发明数据采集量大、费用低，大大提高了冻结壁温度场信息化监测的水平，可有效地探测冻结过程中的断管、不交圈等异常现象，为冻结法安全施工提供保障。
文档编号G01K7/16GK101504320SQ20091011637
公开日2009年8月12日 申请日期2009年3月17日 优先权日2009年3月17日
发明者姚直书, 宋海清, 桦 王, 王晓健, 桦 程, 荣传新, 蔡海兵 申请人:安徽理工大学