CFC隧道超前探水

功能：

CFC用于隧道前方围岩含水性与含水量的预报。适用于钻爆、盾构、TBM隧洞与煤矿巷道。CFC不受掘进机机头和拱架等金属机具的影响，阵列方向性观测滤除侧向干扰，预报前方距离100米内含水体的分布和含水量的大小，分辨率达到1m。

工作原理：

CFC是一种基于电磁波反射与相干原理的探水技术。岩体含水后电导率和电容率增大，波阻抗降低。CFC通过在隧道侧壁围岩中布置发射和多对平行接收电极，组成阵列式观测方式。利用100kHz～10MHz频段对干湿岩体波阻抗差异的敏感性，进行电磁波反射与相干测量。经由发射频谱的归一化处理，得到各接收点的相干频谱。对所有接收点相干频谱进行联合成像，由相干频率确定含水体的位置，由相干强度确定含水量的大小。

优势：

探测距离远不受金属机具影响，用锚杆、电极做天线，电磁波传播于岩体中

分辨***，米级，选用对岩体含水性最敏感的频段可靠性，阵列接收，具有方向性，双通道记录，归一化处理，消除发射因素的影响同时确定含水部位和含水量大小及***波速与介电常数

工程案例：

1. 国外TBM引水隧道

   
   

1.某重点工程TBM引水隧道探水

CFC基于一种新的电磁探水技术--复频电导率法。它利用含水岩体电导率和电容率增大的特性，通过测量围岩中复电导率的分布推测岩体含水量的大小。该产品的观测系统布置在隧道侧壁，进行递进式超前预报，预报掌子面前方100米内围岩的含水性、含水量。建议与TST同时应用综合解释。

预报结果与开挖验证:

本次预报范围内围岩平均相对介电常数为14.06，含水量较大，特别是在掌子面附近5m，以及88~98m范围，存在强反射带，含水量较大，有涌水可能。开挖到8m左右涌水现象消失。与预报结果吻合。

3．新疆某隧道探水地描结果与CFC结果的对应一致

4．CFC与瞬变电磁预报对比

依托玉墨铁路某隧道实际项目做CFC复频电导法与TEM瞬变电磁法的实际应用对比。开挖结果表明，CFC探水技术与TEM相比，可有效避免隧道内台架等大型设备以及施工用电等强干扰，预报结果更准确。TEM在掌子面20m内存在盲区，这恰巧是施工方所关注以及能够处理的位置，而CFC不存在探测盲区，可进行递进式探水预报。

CFC成果（上图）瞬变电磁成果（中图）开挖地质素描（下图）

现场地质素描结果如下：
1、P5DK0+760～P5DK0+783段，揭露围岩为灰白色砂岩，泥岩，强风化，中~厚层状，围岩较破碎~局部破碎，节理裂隙欠发育，掌子面潮湿，局部沿裂隙滴水。
2、P5DK0+783～P5DK0+860段，揭露围岩为灰白色砂岩，泥岩，强风化，中~厚层状，围岩破碎，层间夹有泥质夹层，节理裂隙发育，为短小型节理，层间结合性较差，沿裂隙面滴渗水，局部滴水成线。其中P5DK0+827～P5DK0+838段，地下水发育，沿裂隙面线状流水，拱脚有水渗出。
由开挖验证可以看出，本次预报CFC结果与实际开挖情况较为吻合。

6．CFC在竖井做超前探水并用超前钻探验证

依托大瑞铁路某隧道进行竖井的超前地质预报。竖井的预报难点在于：
（1）井身狭小；（2）关注地下水发育程度；（3）安全考虑现场操作时间必须短。

CFC现场观测布置图

竖井掌子面S1FK0+632前方100m围岩含水结构的CFC偏移图像如下。得知60～100m段围岩在CFC的偏移图像中以黄-红色为主，特别是在77~91之间为强反射的红色。推断该段围岩或受岩体破碎影响，水量较大，以股状涌水为主。

CFC现场观测布置图

通过超前探水孔验证股状出水，钻孔总水量约40m^3/h，与物探结果相符合。

7．管片式隧道超前探水

盾构隧道和护盾式TBM隧道的一个主要特点是将探测设备和隧道围岩用管片隔开。为了进行***CFC超前探水，CFC的电极网必须接触到岩体。CFC已经解决了这个难题。

CFC现场采集图

数据处理结果得到李崂区间左线掌子面ZDK17+339前方100m围岩含水结构的CFC偏移图像，其中平均介电常数为3.605。与TST成果一起解释，如下图。

TST偏移图像和围岩波速分析图（上）CFC偏移图像（下）

成果如下表：

8．煤矿掘锚机一体机智能化集成探水设备