钻孔三维成像仪参与灌浆施工质量控制的运用与探讨

谢天林 黎永斌

【摘要】 如何让隐蔽的灌浆工程变得可视是困绕工程界多年的难题，近年来随科学技术进步，仅在重要勘察设计阶段才用得起的钻孔三维成像技术，随技术的发展和采购价格的下降，让该技术在灌浆施工质量控制中普遍运用成为可能，将钻孔三维成像技术成果结合进灌浆施工质量控制的验收工序中，进而助推施工质量提高。

【关键词】 隐蔽的灌浆工程；钻孔三维成像技术；可视；质量控制；验收工序

一、前言

灌浆工程是隐蔽工程，施工质量好坏难以进行直观和准确的检验，当前对灌浆过程质量控制主要依靠灌浆自动记录仪提高灌浆记录的质量，进而有利于提高灌浆质量。国际大坝委员会技术通报55号指出：“灌浆系统自动化本身不可能提高灌浆效果”。笔者认可夏可风在《关于使用灌浆记录仪的几个问题》中提出的“决定灌浆质量的条件很多，最重要的现场条件是有效的管理和承包商诚实认真地工作”。如果现场管理失控、失效，承包商不能积极地工作，那么再好的记录仪也不起作用。

如何从技术手段上让施工方诚实认真工作，经笔者对当前钻孔三维成像仪采集的孔内数据成果分析、探讨，进而得出提高灌浆施工质量控制的方法之一。

二、钻孔三维成像仪常规用途概述

钻孔三维成像仪因其昂贵的造价在灌浆工程中仅用于工程水文地质前期勘察或事故处理中，通常用于观测钻孔中地质体的各种特征及细微构造，如地层岩性、岩石结构、断层、裂隙、夹层、岩溶等，编录地质柱状图，可形成数字化钻孔岩芯，永久保存，特别适合于无法取得实际岩芯的破碎地层。

近年来由于科学技术的进步，钻孔三维成像仪采购价格大幅下降，由30～40多萬元/台降至12～13万元/台左右，该设备较低的价格为其普遍介入灌浆工程施工创造了条件。

三、钻孔三维成像仪从灌浆钻孔中采集以下成果简述

当前国内市面上常用的钻孔三维成像仪大多采用DSP图像处理技术将全景摄像探头+剖面实时自动提取+深度自动校准等功能集成在一起，现场操作及成果处理简便。其孔内光学成像系统能对钻孔进行全方位、全柱面视频录制和后期成像。

钻孔三维成像仪：由主机+探头+线架+滑轮组合而成。

采用圆锥形导向镜反射环状图像法拍摄，光学探头中的信号源发射的光信号经井壁反射后，被摄像头接受，并形成一个像点，摄像头旋转一周采集到环状的井壁图像。

探头在钻孔内连续进行，便可拍摄到一系列的图像环，系统将这一系列的图像环按顺序拼接后，得到钻孔孔壁的连续图像。

其成果如下：

1、孔内电视

经笔者现场操作，从视频图上可清楚看到以下情况：断层、裂隙、夹层、岩溶、地下水位、孔口管长度、灌后浆脉充填情况等。

2、钻孔三维成像

从钻孔成像成果上可提取以下数据：钻孔深度、产状、裂缝宽度、夹层与岩溶等的空腔面积、灌后浆脉充填情况等。

3、钻孔三维轨迹图

从钻孔三维轨迹图上可提取以下数据：孔口管长度20.5m、钻孔深度20.0m处：相应X、Y轴方向偏斜0、Z轴方向偏斜0.03m等。

从钻孔三维轨迹图上可提取以下数据：钻孔扫描最大深度83.5m处，相应X、Y轴方向偏斜0、Z轴方向偏斜0.17m等，钻孔整数m深度对应偏差均能查到，钻孔三维轨迹图清晰揭示出钻孔在不同高程上的偏斜。

4、钻孔成像成果图

从钻孔成像成果图上可提取以下数据：孔口管固管深度、钻孔深度、裂缝产状、宽度、面积及对应的高程。

四、钻孔三维成像仪采集数据与灌浆质量控制的相关性分析

从灌浆质量控制的角度分析，钻孔三维成像仪能精确采集以灌浆质量相关数据：钻孔实钻孔深、每m深度的三维偏斜值、孔口管实际埋设深度、己灌段灌后浆脉充填情况、未灌浆段裂隙（孔隙）发育情况等。具体分析比较见表1：

表1分析比较结果来说，钻孔三维成像仪在10个方面的检测成果优于常规检测手段，值得在灌浆质量控制方面推广运用。

五、钻孔三维成像仪在灌浆质量过程中的运用

因钻孔成像仪昂贵的价格，在使用过程中要防止成像仪卡在孔内至使设备损坏，笔者推荐的使用经验是：在每一个灌浆孔终段钻孔冼孔结束后，即可进行钻孔三维成像仪全孔扫描，此为最佳时机，原因是终孔段以上各段经灌浆处理后，孔内掉块卡住成像仪的概率要少很多，可最大限度减少事故发生，同时获取终孔段灌前影像数据资料，减少对终孔底界的误判。运用优点如下：

1、替代终孔测斜验收工序：灌浆孔终段钻孔冼孔结束，即可进行全孔扫描，获取全孔终孔段以上己灌浆段数据资料，从三维轨迹图上导出每m的三维数据用于计算钻孔偏斜。

2、减少对终孔底界的误判：因对终孔段的扫描是在灌浆前进行的，孔内地质情况未受灌浆影响，其清晰的影像资料有助于技术人员对终孔防渗底界深度的解读与研判。

3、替代钻孔取芯、岩芯装箱、保存等工作：常规的钻孔取芯需投入大量的人工、耗用很多岩芯箱且无法实现永久保存。在钻取芯样的过程中，为确保取芯率达设计要求，甚至需要降低钻孔功效来保证取芯率。通过钻孔成像仪获取的全孔扫描数据成果，在永久保存岩芯方面几乎不需要成本。

4、杜绝施工方张冠李戴假验孔，以确保工程质量：因灌浆工程的隐蔽性，监理及工程技术人员难免疏漏，钻工在利益的驱使下，存在弄虚作假的故意，张冠李戴用甲孔戴替乙孔欺骗监理通过验收，形成质量隐患。若用成像仪对每个钻孔均进行钻孔扫描，其成果是绝不会雷同的，非常便于比对，开钻前即强调每孔均进行成像扫描的验收程序，将杜绝施工方的弄虚作假行为。

5、为灌浆工程的计量支付提供原始可靠的数据资料，从其成果图上能直接观察到孔口管埋设深度、钻孔深度、钻孔直径等数据，便于监理、业主核验工程量。

6、孔内灌浆效果后评价：对灌浆后的孔段进行扫描成像，将获取受灌段浆脉充填/结石的影像数据资料，便于技术人员对灌浆参数、灌浆材料、施灌效果评价修正。

六、结束语

科学技术的进步，钻孔三维成像仪售卖价格的下降，在灌浆施工中普遍运用孔内三维成像技术成为可能，笔者建议在灌浆质量工序验收规程中增加孔内扫描工序，技术上没有障碍，同时让隐蔽的灌浆工程透明可视，从验收程序上助推灌浆施工质量的提高。

参考资料：

[1]夏可风等《灌浆技术集》2015年7月

[2]武汉长盛工程检测技术开发有限公司《钻孔三维电视成像仪使用说明》 2016年7月

[3]成果展示涉及的钻孔资料、数据均来源于文山州德厚水库库区帷幕灌浆工程