盾构隧道中CFC法超前探水是关键技术，并通过理论分析、仪器改进和应用实验对其开展了适应性研究工作。最终归纳总结出一套适用于盾构隧道的便携式超前探水方法，供广大从事超前预报工作的技术人员学习、参考，也希望对面临类似地质问题的盾构隧道提供借鉴，以期推动盾构隧道超前探水预报技术的发展。

　　CFC是一种中频电磁波反射法探水技术。探测时首先向前方围岩发射电磁波，当电磁波入射到非均匀含水围岩中时，由于两个界面的电磁波阻抗存在差异而发生反射，反射波随含水量差异程度的增大而增强。由于当接收点位于四分之一波长时，入射波与反射波会发生干涉，对多组不同接收位置的电磁波数据进行频谱分析和偏移叠加，用偏移图像来反映围岩含水特性，以此来预报富水带的位置和围岩的含水差异程度。通过对电磁波速进行能量最大化扫描，求取最优电磁波速，再通过公式（1），得到该段围岩的相对介电常数，以相对介电常数来判断该段围岩整体含水量的大小。

　　为提高仪器集成度和便携性，改进CFC仪器设计，使其成为激发、采集一体化主机（图1）。CFC发射机原设计为单电磁脉冲发射，IGBT导通，电容向围岩放电，激发电磁波。受IGBT的限制，不能放电时间小于10μs，主频100kHz，高频特性不足。CFC的目标是100kHz-10MHz，显然，高频的信噪比不够。且发射频率受围岩阻抗的影响，不稳定。

　　为提高分辨率，增强高频信号，采用扫频激发设计，如表1所示。发射信号时间序列为12个频点，每一个频点波形是正半周方波(1）和负半周期方波(0)。频点间无缝连接，正半周776个单位（每个单位8ns），负半周776个单位，总时间长度为1552个单位（时长12416ns）。每次采集连续发射两次，总时长24872ns。平滑的频谱为0.25-10MHz，可削弱围岩环境影响。

　　在相同环境下激发的电磁波主频带对比如图2所示。将时域数据变换到频率域，可以发现扫频激发的电磁波，频带更宽，能量更均匀，高频更丰富，这将会提高CFC对近端（靠近掌子面处）的探测能力和不同探测深度间的对比，提高偏移图像的分辨率。采用扫频的激发工作方式，使仪器更符合CFC的探测原理。

　　由于盾构隧道的掘进机刀盘与管片结构，将设备与周围的围岩环境分割开来，在钻爆隧道里面应用广泛的超前预报方法需要进行改进研究。

　　GPR、TEM等方法采用空气耦合的天线或线圈，在掌子面处进行观测，发射的电磁波在隧道内通过空气耦合，再进入到围岩中。在盾构隧道中掌子面被刀盘和护盾阻挡、占据，导致这两种方法不再适用。CFC方法采用在隧道侧壁进行阵列式观测，不受盾构机机头占位的影响。整个观测系统中发射和接收电极的分布类似鱼骨天线，可以改善观测的方向性，增强掌子面前方反射回来的信号，压制侧向信号。

　　在盾构隧道内开展CFC超前探水工作，与以往在钻爆、敞开式TBM等隧道内数据采集方式不同，需要根据管片的结构尺寸，重新设计阵列式观测系统中发射点和接收点的间距，如图3所示。需要摒弃以往CFC采用的锚杆电极，转而采用金属网电极。在管片背面布置50×50cm金属网作为电极，通过注浆孔用导线连接CFC仪器。这种在衬砌与围岩之间布置电极网的工作方式，有效的削弱、避免了隧道内盾构机的电磁干扰。

　　CFC探水预报工作流程如图5所示：首先，根据管片衬砌设计相关资料，找到对应位置的管片衬砌（对应编号）。将金属网挂到管片背面（与围岩接触一侧），用导线连接电极网并通过注浆孔引出。然后，等盾构机施工，将管片安装到对应位置。至所有带电极网的管片衬砌都安装完毕时，可进行CFC数据采集。发射机连接左右两侧正负发射电极网，接收机依次连接每排接收电极，阵列式采集接收数据。开云网站 Kaiyun