測(cè)斜儀正測(cè)與反測(cè)有什么區(qū)別?

沒(méi)有區(qū)別，都是使測(cè)量更準(zhǔn)確。測(cè)斜儀是一種用于測(cè)量鉆孔、基坑、地基基礎(chǔ)、墻體和壩體坡等工程構(gòu)筑物的頂角、方位角的儀器。在測(cè)斜儀觀測(cè)時(shí)，為了消除和減少儀器的零漂及裝配誤差等，應(yīng)在位移的正方向及測(cè)頭調(diào)轉(zhuǎn)180度以后的反方向各測(cè)讀一次數(shù)據(jù)，取正反兩方向測(cè)讀數(shù)據(jù)的代數(shù)平均值作為傾角測(cè)值。

地質(zhì)羅盤(pán)儀的用途和使用方法

羅盤(pán)儀簡(jiǎn)稱羅盤(pán)(圖5-9)，又稱袖珍經(jīng)緯儀，是地質(zhì)工作者從事野外工作的必備儀器之一。

圖5-9 地質(zhì)羅盤(pán)儀示意圖

一、羅盤(pán)的構(gòu)造

羅盤(pán)的種類很多，但基本構(gòu)造相同，都是由刻度盤(pán)、磁針、水準(zhǔn)器及瞄準(zhǔn)設(shè)備四部分構(gòu)成的(圖5-10)。

度盤(pán):是鉛或銅制的圓盤(pán)，按0°至360°逆時(shí)針?lè)较蚩虅澏葦?shù)，以便直接讀得磁北方位角。一般最小劃分為1°(少數(shù)為30'或2°)，每10°有注記。在度盤(pán)上還附有改正螺絲，轉(zhuǎn)動(dòng)它，刻度盤(pán)就隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，以便調(diào)整磁偏角。

磁針:磁針靠頂針支持在羅盤(pán)中心，可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)趨于靜止時(shí)，其北針?biāo)傅姆较蚣创疟狈较颉４裴樕侠@銅線的一端為指南針。繞銅線的目的是為了消除我國(guó)地處北半球而使羅盤(pán)產(chǎn)生的磁傾角。為避免鋼針尖端的磨損，當(dāng)羅盤(pán)不用時(shí)要用制動(dòng)器將磁針托起而固定。

照準(zhǔn)設(shè)備:是一對(duì)裝在0°～180°方向上的折疊式覘板，與安全盒內(nèi)面的反光鏡配合使用，反光鏡面中有一平分線和小橢圓孔。

水準(zhǔn)器:圓水準(zhǔn)器和測(cè)斜水準(zhǔn)指示器。圓水準(zhǔn)器供安置羅盤(pán)或度盤(pán)成水平之用，使其中氣泡居于中心，此時(shí)即表示羅盤(pán)已調(diào)至水平。羅盤(pán)盒的底面裝有操縱測(cè)斜指示器的手柄，轉(zhuǎn)動(dòng)它可使管水準(zhǔn)器與測(cè)斜指示器同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)，以測(cè)定傾角。在底盤(pán)上標(biāo)有0°～90°雙度盤(pán)，可以直接讀出所測(cè)巖層、斷層面、褶皺軸面的傾斜角。

圖5-10 羅盤(pán)的構(gòu)造

二、羅盤(pán)使用的基本知識(shí)

在野外使用羅盤(pán)時(shí)，經(jīng)常用到下列幾個(gè)基本概念。

磁北方向(MN):在某一測(cè)點(diǎn)上，當(dāng)羅盤(pán)儀的磁針靜止時(shí)，磁針北端所指的方向，即為磁北或磁子午線方向。

真北方向(N):通過(guò)地球表面上某一點(diǎn)，指向地球北極的方向，即為真北或真子午線方向。由于地球磁場(chǎng)的南北極與地球自轉(zhuǎn)軸是不一致的，故地球上任何一點(diǎn)的磁北方向與真北方向也是不重合的。磁北方向偏離真北方向的角度，稱為磁偏角，以Δγ表示，以磁北針為準(zhǔn)，偏東Δγ取正，稱為東偏;偏西者Δγ取負(fù)，稱為西偏。從理論上來(lái)講，地球表面任何一點(diǎn)在一定時(shí)期內(nèi)的磁偏角是可以算出來(lái)的。由于地磁場(chǎng)受多種因素影響，所以各地的磁偏角是不同的。除少數(shù)地區(qū)外，我國(guó)絕大多數(shù)地區(qū)的磁偏角都是西偏。

圖5-11 方向的水平面方位角表示方法0°～360°

方位角:自標(biāo)準(zhǔn)方向的北端起轉(zhuǎn)向某直線的水平角度，稱為該直線的方位角，其大小可在0°～360°之間(圖5-11)。以真北為起始方向的叫真方位角(α)，以磁北為起始方向的則稱磁方位角(α')。這樣，如果知道某一地區(qū)的磁偏角Δγ，則可由直線的磁方位角求其真方位角。

從圖5-12可知，東偏時(shí)，真方位角α=α'+Δγ;西偏時(shí)α=α'－Δγ。如秦皇島地區(qū)的磁偏角為西偏5°50'，假若我們?cè)诹良咨巾敎y(cè)到牛鼻子山的直線OB的磁方位角為15°(羅盤(pán)未調(diào)整前的讀數(shù))，則該直線的真方位角應(yīng)為15°－5°50'=9°10'。

為簡(jiǎn)便起見(jiàn)，常常不這樣麻煩的計(jì)算，因?yàn)槟车貐^(qū)的磁偏角在一定時(shí)期內(nèi)是不會(huì)有太大變化的，所以只要我們將羅盤(pán)進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，就可以直接得到某一直線的真方位角。調(diào)整的方法是:對(duì)羅盤(pán)度盤(pán)所表示的方位而言，東偏西調(diào)，西偏東調(diào)。即西偏的磁偏角，逆時(shí)針改正;東偏的則順時(shí)針改正。例如秦皇島地區(qū)的磁偏角是西偏5°50'，那么就將羅盤(pán)刻度逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)6°固定，這樣羅盤(pán)上的讀數(shù)就是真方位角了。

圖5-12 方位角與磁偏角的關(guān)系示意圖

也可以由真方位角求磁方位角。萬(wàn)一某地區(qū)的磁偏角不知道，可以用最近地區(qū)的磁偏角或者在晴朗的夜晚，將羅盤(pán)對(duì)準(zhǔn)北極星，磁針北端偏離真北的角度就是該地的磁偏角，順時(shí)針?lè)较驗(yàn)闁|偏，逆時(shí)針?lè)较蚴俏髌?/p>

三、地質(zhì)羅盤(pán)的野外用途及使用方法

羅盤(pán)調(diào)整完畢后，就可以投入野外使用了。地質(zhì)羅盤(pán)的野外用途主要包括:地形圖定向，確定點(diǎn)位，測(cè)量地形坡度，草測(cè)小面積地形圖，測(cè)量巖層層面、斷層面、節(jié)理面、劈理面、巖體與圍巖的接觸面等面狀要素的空間方位，以及某些線理等線狀要素的空間方位等。

(一)測(cè)量方位

當(dāng)被測(cè)目標(biāo)的仰角小于45°或俯角小于15°時(shí)(圖5-13a，c)，從反光鏡中可以看到目標(biāo)，此時(shí)將長(zhǎng)硯板豎起，雙手托住羅盤(pán)，靠近腹部，將度盤(pán)零度方向?qū)?zhǔn)目標(biāo)，使水準(zhǔn)器的氣泡居中，同時(shí)調(diào)整羅盤(pán)長(zhǎng)硯板和目標(biāo)在反光鏡內(nèi)的成像，當(dāng)目標(biāo)物被鏡面的中線所平分時(shí)，這時(shí)可按磁針北端讀取方位角，表示所測(cè)目標(biāo)在自己的什么方位。

當(dāng)目標(biāo)俯角大于15°時(shí)(圖5-13b)，用上述方法看不到鏡中的成像，此時(shí)應(yīng)將羅盤(pán)倒一個(gè)方向，即將180°方向?qū)?zhǔn)目標(biāo)，并使圓水準(zhǔn)器的氣泡居中，從長(zhǎng)硯板尖經(jīng)過(guò)反光鏡下方的透明橢圓孔的中線來(lái)照準(zhǔn)，必須注意此時(shí)按磁針南端(即纏繞銅絲那端)來(lái)讀取方位角;表示目標(biāo)在自己的什么方位。

有一點(diǎn)應(yīng)提醒注意，在磁性較強(qiáng)的部位，例如磁鐵礦礦體附近、磁性很強(qiáng)的基性巖體之上等，由于存在強(qiáng)磁場(chǎng)干擾，不能用羅盤(pán)來(lái)定方位，而應(yīng)采用其他方法。

圖5-13 手持羅盤(pán)儀測(cè)方位示意圖(史繼忠提供)

(二)測(cè)量地質(zhì)體產(chǎn)狀要素

地質(zhì)體的任何一個(gè)面狀要素都有一定的空間方位，稱產(chǎn)狀。傾斜的面狀要素的產(chǎn)狀是用走向、傾向和傾角加以描述的。

走向:是面狀要素(如巖層層面)與任一水平面的相交線的方向，或者是傾斜面上任一高度水平線的方向，即傾斜面上相同高度兩點(diǎn)連線的延伸方向，用方位角表示(圖5-14)。

傾向:傾斜面上與走向垂直，沿傾斜面向下所引的直線在水平面上的投影所指巖層向下傾斜一端的延伸方向(真傾向)。在巖層面上斜交巖層走向所得到的任一直線，其在水平面上投影線的方向，稱為視傾向或假傾向，視傾向也用方位角表示。

傾角:真傾斜線與其在水平面上的投影線之間所成的銳角，即傾向線與傾斜線之間的夾角。在所有傾角中，只有真傾角是角度最大的，其他任何小于真傾斜的傾角稱視傾角或假傾角。

圖5-14 傾斜巖層的產(chǎn)狀要素

測(cè)量巖層的走向時(shí)，將打開(kāi)后的羅盤(pán)長(zhǎng)邊貼在層面，使圖形水準(zhǔn)氣泡居中，這時(shí)羅盤(pán)就代表了一個(gè)水平面，長(zhǎng)邊與層面的交線即是走向方向。走向在空間上是一條直線，因此，其兩端的延伸方向都是走向方向，此時(shí)磁針兩端的讀數(shù)都是走向方位角，如通常按方位角記錄方法記錄，例如60°-240°(圖5-15)。

圖5-15 巖層層面產(chǎn)狀測(cè)量

測(cè)量?jī)A向，當(dāng)巖層較陡時(shí)一般將羅盤(pán)蓋的背面貼于巖層面上，調(diào)整之使圓水準(zhǔn)器水泡居中，讀羅盤(pán)磁針北端的讀數(shù)即為傾向方位角。切記不可讀錯(cuò)指針，因?yàn)閮A向只有一個(gè)方向，只能用一個(gè)數(shù)值表示，例如巖層的傾向?yàn)?50°。當(dāng)巖層較緩時(shí)，可用羅盤(pán)的北端指著層面的傾斜方向，使羅盤(pán)的短邊(即S邊)與層面貼緊，并轉(zhuǎn)動(dòng)羅盤(pán)，轉(zhuǎn)動(dòng)方法及原則同上，北針?biāo)傅淖x數(shù)即為所求的傾向。

在巖層底面上測(cè)量，用長(zhǎng)覘板指向巖層傾斜方向，羅盤(pán)北端緊靠底面，讀指北針即可。假若測(cè)量底面時(shí)讀北針受障礙，如待測(cè)層面高于頭部時(shí)，則用羅盤(pán)盒頂面緊貼巖層底面，從下方，通過(guò)反射鏡觀察調(diào)平情況，讀南針讀數(shù)(圖5-16)。

測(cè)量?jī)A角時(shí)，將羅盤(pán)的長(zhǎng)邊平行于真傾斜線，轉(zhuǎn)動(dòng)羅盤(pán)后面的測(cè)斜手柄，使其管狀水準(zhǔn)器中的氣泡居中，測(cè)斜儀所指的角度就是巖層的傾角。

圖5-16 巖層底面產(chǎn)狀測(cè)量(史繼忠提供)

測(cè)量面狀產(chǎn)狀要素應(yīng)注意以下幾點(diǎn):

a.首先要分清巖層層面和節(jié)理面。應(yīng)先從宏觀上觀察一下欲測(cè)地點(diǎn)地層的總體產(chǎn)狀。

b.由于野外巖層面發(fā)生了變形，有時(shí)很難找到一個(gè)完全平整的巖層層面，因此要多測(cè)量一些地方，以求相互校正。

c.如果巖層層面凹凸不平，小小羅盤(pán)難以放準(zhǔn)位置，此時(shí)可將野外記錄簿等較為堅(jiān)硬的平面物體放置到層面上，作為一個(gè)基本代表面，然后再按上述方法測(cè)量，這樣要比在凹凸不平的面上測(cè)量精確得多。

d.要正確掌握羅盤(pán)南、北磁針的指向規(guī)律。

羅盤(pán)的其他用途將在另外有關(guān)章節(jié)中介紹。

(三)測(cè)量坡度角

如圖5-17所示，將長(zhǎng)覘板扳到與盒面成一平面，其尖端扳至與板面垂直，盒蓋與盒面成45°角，然后將羅盤(pán)儀側(cè)立成豎直位置，以右手大拇指和食指抓緊盒邊，中指則自由移動(dòng)測(cè)斜器的手柄，用左手大拇指托住盒邊和鏡，其余手指抓緊盒蓋邊，通過(guò)長(zhǎng)覘板尖端的小孔和鏡下方的透明孔觀測(cè)目標(biāo)，使透明孔的中線平分目標(biāo)，右手中指轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)斜器的手柄，直至鏡內(nèi)看到的長(zhǎng)水準(zhǔn)器的氣泡居中，即可根據(jù)測(cè)斜器游標(biāo)讀出傾斜角(圖5-17a)。當(dāng)欲測(cè)坡度為俯角時(shí)，應(yīng)按圖5-17b所示進(jìn)行測(cè)量。

四、羅盤(pán)的保護(hù)

(1)磁針和瑪瑙軸承是羅盤(pán)的最精密零件，其靈敏度直接影響工作的精度，因此必須特別注意保護(hù)。不用羅盤(pán)時(shí)，務(wù)必將磁針鎖牢，以減少不必要的磨損。

(2)不要隨便拆卸羅盤(pán)，以免松動(dòng)而影響精度。

(3)羅盤(pán)切忌與磁制品接觸，以免使磁針失去磁性。

(4)羅盤(pán)不能在高溫下曝曬，以免氣泡漏氣失靈;不能受潮，以防磁針或頂針氧化生銹而不能靈活轉(zhuǎn)動(dòng)。

圖5-17 坡度角測(cè)定

測(cè)斜儀正測(cè)與反側(cè)有有什么區(qū)別?

測(cè)斜儀正測(cè)與反側(cè)沒(méi)有什么區(qū)別。 測(cè)斜儀是一種用于測(cè)量鉆孔、基坑、地基基礎(chǔ)、墻體和壩體坡等工程構(gòu)筑物的頂角、方位角的儀器。 測(cè)斜儀是一種測(cè)定鉆孔傾角和方位角的原位監(jiān)測(cè)儀器。在國(guó)外，上世紀(jì)五十年代就利用測(cè)斜儀對(duì)土石壩、路基、邊坡及其隧道等巖土工程進(jìn)行原位監(jiān)測(cè)。我國(guó)從八十年代開(kāi)始引進(jìn)美、日、英等國(guó)生產(chǎn)的測(cè)斜儀對(duì)一些重大的巖土工程進(jìn)行原位監(jiān)測(cè)，取得了良好效果。一些相關(guān)的研究機(jī)構(gòu)隨后研制出電阻應(yīng)變式、加速度計(jì)式和電子計(jì)式等智能型測(cè)斜儀。各種各樣的測(cè)斜儀廣泛應(yīng)用于水利水電、礦產(chǎn)冶金、交通與城建巖土工程領(lǐng)域，在保證巖土工程設(shè)計(jì)、施工及其使用安全中，發(fā)揮了重要的作用。

地質(zhì)羅盤(pán)的使用

地質(zhì)羅盤(pán)是地質(zhì)地貌等野外考察最重要的工具之一。利用羅盤(pán)可以測(cè)定方位、方向，測(cè)量巖層和構(gòu)造面的產(chǎn)狀等。地質(zhì)羅盤(pán)由刻度盤(pán)和在水平面上可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)的磁針構(gòu)成，功能主要有識(shí)別方向、測(cè)量方位、傾角等?？潭缺P(pán)有兩個(gè)，一個(gè)是圓刻度盤(pán)，一個(gè)是半圓刻度盤(pán)。圓刻度盤(pán)是水平刻度盤(pán)，用來(lái)讀水平方位角的;半圓刻度盤(pán)是用來(lái)測(cè)量?jī)A角和坡度角的。圓刻度盤(pán)從0°～360°，半圓刻度盤(pán)從0°～90°，以水平為0°，垂直為90°。羅盤(pán)有兩個(gè)水準(zhǔn)器，一個(gè)圓水準(zhǔn)器和一個(gè)長(zhǎng)水準(zhǔn)器。圓水準(zhǔn)器用來(lái)使羅盤(pán)處于水平狀態(tài)，長(zhǎng)水準(zhǔn)器用來(lái)使傾斜儀處于垂直狀態(tài)。

1.磁偏角的校正

在野外使用羅盤(pán)時(shí)首先要校正磁偏角。各地區(qū)的磁北方向與地理北方向不完全一致，磁北方向與地理北方向的夾角為磁偏角。在閱讀地形圖時(shí)，為了將地質(zhì)地貌要素的地理方位正確標(biāo)定在地形圖上，需要對(duì)羅盤(pán)進(jìn)行磁偏角校正，然后用羅盤(pán)的讀數(shù)直接代表地理方位。在測(cè)區(qū)的正規(guī)地形圖上可以查到磁偏角，東偏記為“+”，西偏記為“－”。校正時(shí)撥動(dòng)羅盤(pán)的刻度盤(pán)，東偏時(shí)順時(shí)針?lè)较驌軇?dòng)，西偏時(shí)逆時(shí)針?lè)较驌軇?dòng)。嵩山地區(qū)的磁偏角是西偏4.5°，校正羅盤(pán)時(shí)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)4.5°。

2.方位的測(cè)定

方位角是以正北方向?yàn)槠瘘c(diǎn)，向順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)一周，劃分為360°。0°和360°重合，正北為0°，正東為90°，正南為180°，正西為270°，分別以N，E，S，W表示。各方向線與正北方向的夾角是方位角。記錄:NW45°，讀作“北西45度”。

用羅盤(pán)測(cè)定方位時(shí)，如果自己位于基點(diǎn)A，要測(cè)定目標(biāo)B位于自己的方位，將羅盤(pán)長(zhǎng)邊(N/S)平行AB線，將羅盤(pán)N端指向目標(biāo)B，讀磁針N在羅盤(pán)上的讀數(shù)，即為目標(biāo)B位于基點(diǎn)A的方位。例如，圖7－1(左)中，B位于A的NE45°。如果自己位于基點(diǎn)A，要測(cè)定A點(diǎn)位于目標(biāo)B點(diǎn)的方位，將羅盤(pán)長(zhǎng)邊平行于AB線，將羅盤(pán)S端指向目標(biāo)B，讀磁針N在羅盤(pán)上所指的讀數(shù)即為A點(diǎn)位于B點(diǎn)的何方位。如圖7－1(右)中，A位于B的SW225°。在測(cè)量中讀羅盤(pán)磁針的讀數(shù)前，一定要使圓形水準(zhǔn)氣泡居中，即羅盤(pán)水平，且使指針?lè)€(wěn)定下來(lái)，或者取左右擺動(dòng)磁針的平均指數(shù)，讀指北針指向刻度環(huán)上的數(shù)字即為測(cè)定的方位值。

3.產(chǎn)狀要素的測(cè)定

各種地質(zhì)界面的產(chǎn)狀要素是一項(xiàng)主要的基礎(chǔ)地質(zhì)資料，巖層、斷層面、侵入體與圍巖接觸面等產(chǎn)狀要素均可用羅盤(pán)進(jìn)行測(cè)量。以巖層為例介紹測(cè)量的基本方法。

走向的測(cè)定將羅盤(pán)的長(zhǎng)邊緊貼傾斜巖層面上，然后移動(dòng)羅盤(pán)，使羅盤(pán)圓形水準(zhǔn)氣泡居中，即使羅盤(pán)水平。待指針?lè)€(wěn)定后，讀出指針的度數(shù)，即為走向的方位角。走向有兩個(gè)指向，二者相差180°。因此，僅記錄一個(gè)方向即可(圖7－2a)。

圖7－1 方位的測(cè)定

傾向的測(cè)定先將羅盤(pán)的北端(N)指向巖層傾斜方向，將羅盤(pán)的南端(S)緊貼在巖層層面的走向線上，水平放置(羅盤(pán)圓形水準(zhǔn)氣泡居中)，讀出指針N在羅盤(pán)上的度數(shù)，即為傾向方位角，傾斜巖層的傾向只有一個(gè)。在野外實(shí)際工作中，只要測(cè)出巖層的傾向，再加上或減去90°即為巖層的走向(圖7－2b)。如果上層面剝露不好或者空間限制只能在巖層底面進(jìn)行測(cè)量。測(cè)量的方法:以羅盤(pán)北端(N)緊貼在巖層層面的走向線上，水平放置(羅盤(pán)圓形水準(zhǔn)氣泡居中)，讀出指針N在羅盤(pán)上的度數(shù)，即為傾向方位角;或者以羅盤(pán)南端(S)緊貼在巖層層面的走向線上，水平放置(羅盤(pán)圓形水準(zhǔn)氣泡居中)，讀出指針S在羅盤(pán)上的度數(shù)，即為傾向方位角。

傾角的測(cè)定將羅盤(pán)長(zhǎng)邊順傾斜巖層的坡面?zhèn)蓉Q，使其長(zhǎng)邊全部貼在傾向線上，擺動(dòng)測(cè)斜儀上的長(zhǎng)水準(zhǔn)器氣泡，使其居中，讀測(cè)斜儀指針在刻度盤(pán)上的度數(shù)，即為傾角值(圖7－2c)。

當(dāng)一巖層的產(chǎn)狀要素測(cè)量完畢后，應(yīng)立即記錄在野外記錄簿上。例如:

圖7－2 羅盤(pán)測(cè)量巖層產(chǎn)狀示意圖

走向:NW310°，SE130°

傾向:NE40°

傾角:30°

但因巖層的傾向只有一個(gè)，而且加、減90°即為走向，所以一般情況下用0°～360°的傾向方位角(即傾向)和傾角來(lái)表示。例如:NE40°∠30°，表示巖層傾向在北東象限，傾向方位角為40°，傾角為30°，由于走向和傾向成垂直關(guān)系，如需走向數(shù)據(jù)，可以把傾向角加、減90°換算出來(lái)。

在露頭不好不能直接測(cè)量面狀構(gòu)造要素時(shí)，可借助硬紙板、野外記錄簿等面狀物體進(jìn)行測(cè)量，將硬紙板放置于被測(cè)面相當(dāng)?shù)奈恢没蛘咂叫械奈恢蒙希瑢⒘_盤(pán)放置于硬紙板上進(jìn)行測(cè)量。

測(cè)量各種產(chǎn)狀要素時(shí)要保證其可靠性、代表性和系統(tǒng)性。在測(cè)量產(chǎn)狀之前，首先要保證選擇的構(gòu)造面是真正要測(cè)的構(gòu)造面，觀察分析構(gòu)造面，對(duì)構(gòu)造面進(jìn)行仔細(xì)地追索和判別，判斷其真正的產(chǎn)狀。選擇的構(gòu)造面還要具有代表性，在較大范圍內(nèi)構(gòu)造面產(chǎn)狀平整、變化微小時(shí)，選擇一點(diǎn)進(jìn)行產(chǎn)狀要素的測(cè)量一般具有代表性;當(dāng)受到各種要素的影響，使構(gòu)造面的產(chǎn)狀在一定范圍內(nèi)有變化時(shí)要多測(cè)量一些點(diǎn)，這些點(diǎn)必須能夠代表其整體產(chǎn)狀特征。為了把握地質(zhì)體或構(gòu)造的空間展布的狀態(tài)和變化的規(guī)律，在野外實(shí)習(xí)中要隨時(shí)關(guān)注和隨時(shí)測(cè)量，使要素測(cè)量具有系統(tǒng)性。

鉆孔質(zhì)量指標(biāo)檢測(cè)

(一)機(jī)械測(cè)斜儀器及其測(cè)斜操作方法

下面重點(diǎn)介紹JXY-2型羅盤(pán)測(cè)斜儀的操作使用與維護(hù)。

JXY-2型羅盤(pán)測(cè)斜儀是一種能在一個(gè)測(cè)點(diǎn)同時(shí)測(cè)量鉆孔頂角和方位角的單點(diǎn)全測(cè)儀。它只適用于非磁性環(huán)境中對(duì)鉆孔的彎曲度和空間位置進(jìn)行測(cè)斜。其測(cè)斜的原理:利用地磁場(chǎng)定向原理(即羅盤(pán)指針始終指北)測(cè)量鉆孔方位角;利用懸錘(即懸掛著的重錘始終垂直水平面)原理測(cè)量鉆孔頂角。

JXY-2型羅盤(pán)測(cè)斜儀結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3-5所示。測(cè)量時(shí)用來(lái)裝測(cè)斜儀的專用外套筒見(jiàn)圖3-6所示。其主要適用于直徑大于80mm的鉆孔彎曲測(cè)量。

圖3-5 JXY-2型羅盤(pán)測(cè)斜儀結(jié)構(gòu)圖

1,3—上下軸;2—定時(shí)挺針;4—定位齒條;5—頂角指示器;6—框架;7,13—儀器殼;8—重錘;9—膠木蓋;10—羅盤(pán);11—磁針;12—時(shí)鐘裝置定時(shí)器;14—水平軸承;15—軸承座;16—埋頭螺釘;17—軸承;18—羅盤(pán)盒底;19—定向座;20—防振墊;21—鋼球

圖3-6 JXY-2型羅盤(pán)測(cè)斜儀外套筒結(jié)構(gòu)圖

1—上體;2—墊片;3—上管;4—上接頭;5—圓螺帽;6—下接頭;7—皮碗;8—下管(2);9—下體;10—下管(1)

1.儀器使用前的準(zhǔn)備工作

為保證測(cè)斜工作順利進(jìn)行以及測(cè)斜數(shù)據(jù)準(zhǔn)確,測(cè)量前應(yīng)檢查儀器。其方法是:開(kāi)啟定時(shí)裝置(0～30min),觀看磁針和羅盤(pán)下面的傾斜刻度是否能靈活轉(zhuǎn)動(dòng);鎖卡時(shí),時(shí)鐘上的時(shí)間刻度是否恢復(fù)指示到“0”線,鎖卡的時(shí)間是否與刻度指示符合,如果有少量的超前或落后鎖卡情況,應(yīng)記錄下超前和落后的時(shí)間。鎖緊后輕輕拍動(dòng)儀器本體,觀察磁針和傾斜刻度器是否有位移發(fā)生的情況。

如是新儀器或長(zhǎng)期未用的儀器(或經(jīng)檢修過(guò)的儀器),均應(yīng)放在JJG-1型校正臺(tái)上檢驗(yàn)儀器的測(cè)量精度。如果儀器的頂角和方位角的讀數(shù)與校驗(yàn)臺(tái)的讀數(shù)差值在儀器的允許誤差內(nèi),則該儀器可投入鉆孔彎曲測(cè)量使用。

儀器下入鉆孔前,必須嚴(yán)格地檢查儀器密封情況,以保證下入孔內(nèi)后不致滲漏。

安裝絞車,并把懸吊儀器的鋼絲繩與外套筒連接好。

估計(jì)定時(shí)鐘啟動(dòng)后行走的總時(shí)間。總時(shí)間的確定可按以下公式計(jì)算:

T=t₁+t₂+t₃ (3-4)

式中:T為總時(shí)間(min);t₁為組裝儀器的時(shí)間(從啟動(dòng)定時(shí)鐘旋鈕開(kāi)時(shí)計(jì)算到儀器裝入外套筒后直到把外套筒連接好為止;熟練者,一般只需3～5min即可);t₂為儀器從孔口下入到測(cè)點(diǎn)所需的時(shí)間(min);t₃為穩(wěn)定時(shí)間,儀器到達(dá)測(cè)點(diǎn)后因受慣性力的影響,測(cè)斜器具一時(shí)靜不下來(lái),為了保證測(cè)量精度,必須待儀器靜止后儀器才鎖緊,所需一個(gè)穩(wěn)定時(shí)間,一般t₃≥10min。

2.測(cè)量操作

第一步:開(kāi)啟定時(shí)鐘。在扭動(dòng)定時(shí)鐘旋鈕后,就立即與地面時(shí)間(如記錄鐘、或手表)核對(duì),以便控制提升測(cè)具的時(shí)間。并檢查儀器轉(zhuǎn)動(dòng)部件是否靈活。

第二步:組裝儀器。將儀器的主體(測(cè)量系統(tǒng))及里套簡(jiǎn)裝入保護(hù)筒內(nèi)。里套筒的上下兩端均應(yīng)安放防震橡皮墊,蓋上膠木蓋。然后將保護(hù)筒放入外套筒的上、下管中。保護(hù)筒的上下兩外端均應(yīng)放置防震皮墊,并旋緊圓螺帽。最后將外套筒連接好,在接頭處必須加密封圈或碗形牛皮密封圈。

第三步:將儀器下入測(cè)點(diǎn)。下降過(guò)程中,速度不能過(guò)快,以免儀器受沖擊。

第四步:儀器在測(cè)點(diǎn)處停留鎖定。待鎖卡時(shí)間過(guò)后再延長(zhǎng)10min,即可提升儀器。

第五步:儀器提出后,先將外套筒洗凈、擦干,取出測(cè)量系統(tǒng),讀出方位、頂角測(cè)量結(jié)果。若兩個(gè)儀器讀數(shù)符合規(guī)定要求,測(cè)量有效,取其平均值。若相差過(guò)大,應(yīng)進(jìn)行重測(cè)。

測(cè)斜結(jié)束,應(yīng)將儀器擦干凈,按規(guī)定放入專用木箱內(nèi)。

3.測(cè)斜操作注意事項(xiàng)

1)儀器拆裝中,只能使用專用工具,嚴(yán)禁使用硬物敲打儀器及和附屬件。

2)測(cè)斜點(diǎn)以上的孔段要求通暢;因此在測(cè)斜時(shí),下儀器前,應(yīng)探孔一次。若儀器不是采用鋼絲繩連接下入孔內(nèi),而是采用鉆桿送入孔內(nèi)時(shí),鉆桿不能直接連接在儀器的外套筒上,外套筒與鉆桿間必須用鋼絲繩連接,且鋼絲繩的長(zhǎng)度不能小于2m。

3)測(cè)斜中若采用單個(gè)測(cè)量?jī)x器測(cè)量時(shí),同一測(cè)點(diǎn)必須進(jìn)行兩次測(cè)量。若兩次的結(jié)果相近或相同時(shí),測(cè)斜結(jié)果有效。

4)操作中要做到輕、穩(wěn),嚴(yán)防跑鉆事故。

5)儀器在使用中應(yīng)做到輕拿、輕放。

4.儀器的維護(hù)保養(yǎng)

1)儀器使用后,應(yīng)清洗擦干;儀器的各部件應(yīng)按規(guī)定陳放在木箱內(nèi)。特別是測(cè)量?jī)x器應(yīng)呈鎖緊狀態(tài)后再陳放。

2)定期在軸承部位加防銹油,機(jī)械鐘部分的軸承位置加鐘表油。

3)儀器因漏水等原因被污染后,應(yīng)由專業(yè)人員進(jìn)行徹底清洗、修理后才能使用。

4)儀器應(yīng)貯存在干燥、沒(méi)有較強(qiáng)磁性干擾之處。

5)儀器在運(yùn)輸中,應(yīng)避免受較大的震動(dòng);并且儀器應(yīng)處于鎖緊狀態(tài),以免轉(zhuǎn)動(dòng)部分的零件受到磨損而影響儀器測(cè)量精度。

(二)校正孔深

鉆探工程施工過(guò)程中,孔深記錄必須與實(shí)際相符,以便正確反映目的層的所在深度位置。從而正確地確定目的層的埋藏深度、厚度、產(chǎn)狀和形態(tài),為工程設(shè)計(jì)與施工提供可靠的資料。如果鉆孔深度的準(zhǔn)確性很差,將會(huì)給建設(shè)工程造成巨大損失,同時(shí)也給鉆探施工帶來(lái)困難和麻煩。

1.校正孔深要求

為了保證孔深的準(zhǔn)確性,必須按下列要求進(jìn)行孔深校正:

1)正常鉆進(jìn)中,孔深間距為50m或100m時(shí)需進(jìn)行孔深校正。

2)遇到主要標(biāo)志層或劃分地質(zhì)年代的層位,需進(jìn)行孔深校正。

3)下套管前和終孔后應(yīng)進(jìn)行孔深校正。

4)鉆進(jìn)硬巖層或深孔,鉆進(jìn)效率很低而鉆進(jìn)時(shí)間又很長(zhǎng),一月內(nèi)未鉆進(jìn)到50m或100m,也應(yīng)在月末進(jìn)行一次孔深校正。

2.產(chǎn)生孔深誤差的原因

1)丈量工具本身精度差;丈量時(shí)拉尺的松緊程度不一致;丈量時(shí)使用皮尺作丈量工具(皮尺的伸縮性大)。

2)更換立根、單根和粗徑鉆具丈量不準(zhǔn)或計(jì)算不準(zhǔn)確。

3)更換鉆桿時(shí),鉆桿接箍絲扣未上到位就開(kāi)始丈量長(zhǎng)度,下孔后鉆進(jìn)中又上緊而產(chǎn)生誤差。

4)鋼粒鉆進(jìn)時(shí),在計(jì)算進(jìn)尺時(shí)未減去鉆頭的消耗量而產(chǎn)生誤差。

5)各班丈量鉆具的方法不統(tǒng)一而產(chǎn)生誤差。

3.預(yù)防的方法

1)丈量鉆具時(shí),必須使用鋼卷尺,嚴(yán)禁使用皮尺。

2)加減鉆桿和鉆具時(shí),應(yīng)正確丈量和計(jì)算;更換新鉆桿和換接頭時(shí),絲扣必須上緊。

3)丈量鉆具和機(jī)上余尺時(shí),各班的方法必須統(tǒng)一,盡量不出現(xiàn)誤差。

4)丈量鉆具時(shí),讀數(shù)要精確,最小數(shù)值讀到5mm,掌握好“四舍五入”的尺度。

4.校正孔深的方法

孔深校正最大允許誤差范圍為1‰(測(cè)繪孔為2‰)。在允許范圍內(nèi),報(bào)表可不作修正。超過(guò)此范圍者,必須重新丈量,找出原因,及時(shí)進(jìn)行修正,消除誤差。

校正孔深有如下幾種方法:

(1)計(jì)算實(shí)際孔深

H_s=L-(h_高+h_余) (3-5)

式中:H_s為實(shí)際孔深(m);L為鉆具總長(zhǎng)(m);h_高為機(jī)高(m);h_余為提鉆前的機(jī)上余尺(m)。

(2)百米誤差計(jì)算公式(平差法)

以記錄孔深為標(biāo)準(zhǔn),記錄孔深H_j等于各個(gè)回次進(jìn)尺的累計(jì)孔深,如果實(shí)際孔深H_s大于記錄孔深H_j(ΔH＞0)時(shí),稱為盈尺;如果實(shí)際孔深H_s小于記錄孔深H_j×(ΔH＜0)時(shí);稱為虧尺,生產(chǎn)上以百米誤差作為質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

1)百米誤差公式

ΔH₁₀₀=100ΔH/H_d (3-6)

式中:ΔH₁₀₀為百米誤差(m);ΔH為百米孔深(進(jìn)尺)誤差(m);H_d為所驗(yàn)證的孔段長(zhǎng)(m)。

2)百米孔深(進(jìn)尺誤差)ΔH

ΔH=H_s-H_j (3-7)

式中:ΔH為百米孔深(進(jìn)尺)誤差(m);H_s為實(shí)際孔深(m);H_j為記錄孔深(m)。

3)實(shí)際孔段長(zhǎng)計(jì)算公式

L_s=L_j(1+Δh) (3-8)

式中:L_s為實(shí)際孔段長(zhǎng)(m);Lj為記錄孔段長(zhǎng)(m);Δh為每米進(jìn)尺誤差(m)。

(3)孔深誤差率

地勘鉆探工：初級(jí)工、中級(jí)工、高級(jí)工

一般規(guī)定每次驗(yàn)證ΔH₁₀₀不超過(guò)0.1m時(shí)可在下次記錄中直接減、加誤差,而不必用平差法消除誤差,但如超過(guò)0.1m時(shí),必須用平差法進(jìn)行補(bǔ)救。

鉆孔孔深誤差ΔH的產(chǎn)生是由驗(yàn)證孔段每米誤差Δh的積累而成,因此消除孔深誤差,應(yīng)把ΔH平均在每米進(jìn)尺上,在作鉆孔柱狀圖、計(jì)算層次和整理其他鉆孔資料時(shí),都要按平差法把誤差考慮進(jìn)去。

例如:某鉆孔在孔深300m時(shí),校正孔深后誤差在規(guī)定范圍內(nèi),孔深未作修正?？咨钤?00m時(shí),校正孔深后,得實(shí)際孔深為399.64m,在這一孔段中,穿過(guò)目的層,某記錄厚度為30m,其孔深誤差和目的層的真實(shí)厚度。

解:由300m到400m的孔深誤差為

ΔH=H_s-H_j=399.64-400=-0.36m

根據(jù)平差法公式,其百米誤差為

ΔH₁₀₀=100ΔH/H_D=100×(-0.36)/(400-300)=0.36(m)

每米誤差Δh=-0.36/100=-0.0036(m)

記錄厚度30m的目的層實(shí)際厚度為

L_s=H_j(1+Δh)=30×(1-0.0036)=30×0.9964=29.892(m)

答:目的層的實(shí)際厚度為29.892m。

(三)封孔操作方法及檢驗(yàn)

封孔是鉆孔施工的最后一項(xiàng)工序。通常在鉆孔終孔后,為了保護(hù)(礦體等)目的層和封閉、隔離含水層,需要根據(jù)不同的設(shè)計(jì)要求,選用合適的材料進(jìn)行回填或封閉止水工作,稱為封孔。

1.封孔方法

按封孔材料不同,主要有黏土封孔、水泥封孔。

(1)黏土封孔

將黏土摻水?dāng)嚭秃?制成泥球或泥柱,并且陰干一段時(shí)間后,便于向孔內(nèi)投送。陰干的泥球可由孔口直接投入,并逐段搗實(shí)。泥柱可用巖心管投送。

黏土封孔適用于地下水承壓不大,水頭和流量不高的鉆孔,以及松散含泥質(zhì)較多的巖層孔段。

如果制造黏土柱的工作量較大,為了提高封孔效率,最好采用泥柱機(jī)(如圖3-7所示)制作。泥柱機(jī)的結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單,黏土從漏斗處倒入,經(jīng)壓縮套的壓縮后,由成型套擠出;再用鋼絲截成小段。

圖3-7 泥柱機(jī)

1—成型套;2—壓縮套;3—漏斗;4—主動(dòng)齒輪;5—螺旋軸;6—滑橇;7—箱殼;8—傳動(dòng)齒輪;9—皮帶輪

(2)水泥封孔

由于水泥能在水中固化,且與鉆孔孔壁具有一定的膠結(jié)力,同時(shí)又具有較好的隔水性能,所以,在見(jiàn)有主礦層、主要含水層、第四紀(jì)淺層等水文地質(zhì)條件比較復(fù)雜的鉆孔中進(jìn)行分層封孔時(shí),均可選用水泥作為封孔材料。

常用的封孔水泥有硅酸鹽水泥和硫鋁酸鹽水泥兩大類。

水泥封孔操作方法(程序)如下。

1)洗孔。為了使注入的水泥漿與孔壁很好地結(jié)合,保證有良好的封孔質(zhì)量,在注送水泥漿之前,應(yīng)進(jìn)行沖孔換漿,以排除孔內(nèi)的巖屑和清除孔壁上的泥皮。當(dāng)鉆孔內(nèi)的地層穩(wěn)定時(shí),應(yīng)采用清水洗孔。一般采用噴射式洗孔器進(jìn)行。洗孔時(shí),將洗孔器下入需要封閉的孔段,用水泵送水。在泵壓作用下,水從洗孔器水眼噴出,并同時(shí)開(kāi)車轉(zhuǎn)動(dòng),洗孔器在鋼絲毛刷的作用下,孔壁上的泥皮即被刷掉沖走。洗孔器構(gòu)造如圖3-8所示。如果孔內(nèi)情況復(fù)雜、孔壁不穩(wěn)固,則應(yīng)采用稀泥漿洗孔,以減薄孔壁泥皮,防止鉆孔坍塌。

2)架橋。在鉆孔較深、封孔段距比較大的情況下,為了使封閉的位置準(zhǔn)確,減少水泥漿的用量,需要下入隔離物來(lái)堵截鉆孔和承托水泥漿。這種方法在鉆探中常稱為架橋。架橋物的種類很多,但其原理相同。一般常用的有。鋼絲倒刺木塞、特制木塞、草把、竹筋等,如圖3-9～圖3-12所示。使用木塞時(shí),木塞長(zhǎng)度為1.0～1.5m,其直徑比鉆孔直徑小1～2mm。其具體操作方法是:將木塞連接在鉆桿上,下到預(yù)定的深度;然后由孔口投入直徑為5～10mm的碎石子,待木塞卡牢后,拉緊鉆具,開(kāi)車正轉(zhuǎn)使鉆桿與木塞在反扣接頭處脫離。

圖3-8 沖孔器

1—水孔;2—鋼絲

圖3-9 光木塞

1—反正接頭;2—鉆桿;3—木塞;4—鐵絲;5—接箍

圖3-10 彈簧刺木塞

1—木塞;2—彈簧刺

圖3-11 發(fā)鋼絲木塞

1—硬木棒;2—廢鋼絲

圖3-12 竹條木塞

1—硬木棒;2—竹條(或細(xì)樹(shù)枝);3—鐵絲

3)注送水泥漿的方法。①水泵注入法。利用機(jī)場(chǎng)的泥漿泵,將需要的水泥漿通過(guò)鉆桿送到孔內(nèi)封閉段。由于泵壓的作用,水泥漿能夠進(jìn)入巖石縫隙,封孔效果好。這種方法適用于封閉的孔段長(zhǎng),體積大,用水泥量大的鉆孔。一般采用的水灰比為0.50～0.60。②導(dǎo)管灌入法。灌漿時(shí),將導(dǎo)管(一般用鉆桿)下入孔內(nèi)封閉段底部0.5～1.0m處,先倒入一些清水,隨即灌漿,借助于導(dǎo)管內(nèi)外液面的高差和比重差,砂漿注入孔底,如圖3-13所示。這種方法效率高,設(shè)備簡(jiǎn)單,操作方便。適用于水灰比0.4～0.5的凈漿和比重大的砂漿。③注送器注送法。這種方法適用于深孔,且封閉段較小、需要灌注砂漿體積小的孔段?，F(xiàn)場(chǎng)常采用水壓塞式注送器。其結(jié)構(gòu)如圖3-14所示。使用時(shí),先將閥門(mén)關(guān)閉。并用銷釘銷住,下入孔內(nèi),用夾板夾于孔口,然后,將砂漿(水泥漿)裝入盛漿管內(nèi),再裝上活塞、滑動(dòng)接頭及壓蓋。采用鉆桿送入孔內(nèi)封閉段。送水后,泵壓逐漸升高,而后突然下降,再有回升,這說(shuō)明閥門(mén)已打開(kāi),水泥漿即注入孔內(nèi)的封閉段。

圖3-13 注漿導(dǎo)管

1—漏斗;2—儲(chǔ)漿筒;3—導(dǎo)管

圖3-14 水壓活塞式注漿器

1—壓蓋;2—滑動(dòng)接頭;3—鉆桿;4—分水接頭;5—活塞;6—盛漿管;7—圓柱銷;8—閥門(mén)

2.封孔質(zhì)量的檢查

鉆孔封閉后,應(yīng)對(duì)封孔質(zhì)量進(jìn)行檢查。其方法有采取液樣和透孔取心兩種。

(1)采取液樣

采樣的目的有二:一是查明封閉液而的實(shí)際位置,從而檢查封閉位置是否符合設(shè)計(jì)要求,二是從漿液的稀釋情況來(lái)檢查其質(zhì)量。如果封閉位置與設(shè)計(jì)相符,取出的樣品與注入時(shí)的質(zhì)量無(wú)大差異,則封孔基本符合要求。

常用的采取液樣工具有提筒和取樣器。

1)提筒取樣。提筒用長(zhǎng)2～5m的小口徑的巖心管制作,在注漿完畢后,將提筒下入到孔內(nèi)灌注部分,稍停2～3min后提出地表,即可確定其灌注位置,并觀察上部漿液的稀釋情況。

2)球閥式取樣器。此種取樣器有兩種形式:一種是體積小,用測(cè)繩下入孔內(nèi),適用于淺孔。該取樣器如圖3-15所示。另一種是用鉆桿或鋼絲繩下入孔內(nèi),適用于采樣較多的中深孔,該種取樣器如圖3-16所示。

圖3-15 球閥式取樣器之一

1—下閥座;2—球閥;3—取樣筒;4—上閥座;5—球閥;6—排水眼;7—接頭

上述取樣器的作用原理是:借助于取樣器自重作用的慣性力,使孔內(nèi)的漿液頂開(kāi)球閥,進(jìn)入取樣筒。當(dāng)送到取樣深度后,即可提鉆。提鉆時(shí)球閥受筒內(nèi)液壓而關(guān)閉,使液樣不致漏失。

(2)透孔取心

為了進(jìn)一步了解封孔材料凝固后與孔壁的膠結(jié)情況,應(yīng)在一個(gè)礦區(qū)選擇少數(shù)有代表性的鉆孔,進(jìn)行透孔取水泥心檢查。

檢查時(shí),根據(jù)地質(zhì)要求可采取對(duì)封閉段全透或部分透,以及造斜取心等檢查方法。

在透孔時(shí),為防止透斜鉆孔及提高樣品采取率,可參照?qǐng)D3-17所示的鉆具來(lái)進(jìn)行透孔。該鉆具的特點(diǎn)是:導(dǎo)正巖心管使透孔能按原孔方向進(jìn)行;內(nèi)管超前。鉆頭上的合金呈錐形鑲焊,以減弱對(duì)孔壁的切削。

圖3-16 球閥取樣器之二

1—連接管;2—球閥罩;3—擋水膠皮;4—球閥;5—上座接頭;6—取樣筒:7—球閥罩;8—擋水膠皮;9—球閥;10—下球閥座接頭

圖3-17 透孔檢查鉆具

1—取粉管;2—取粉管接頭;3—導(dǎo)正巖心管;4—特制雙管接頭;5—外管;6—外管接頭;7—內(nèi)管;8—錐形內(nèi)管鉆頭