1 测试设备及原理

1．1 系统组成

数字全景钻孔摄像系统由全景摄像探头、图像捕获卡、深度脉冲发生器、计算机、mp4、绞车及专用电缆等组成。其中全景摄像探头是该系统的关键设备，它的内部包含有可获得全景图像的锥面反射镜、提供探测照明的光源、用于定位的磁性罗盘以及微型摄像机，并采用高压密封技术，可以在水中进行探测。深度脉冲发生器是该系统的定位设备之一，它由测量轮、光电转角编码器、深度信号采集板以及接口板组成。

1．2工作原理

（1）测试原理

数字全景钻孔摄像的测试过程，本质上是将钻孔孔壁的信息进行拍摄获得视频图像并存储，然后重新生成孔壁柱面的过程。

首先，全景摄像探头进入钻孔光源照明孔壁上的部分区域，孔壁图像经锥面反射镜变换后形成全景图像，全景图像与罗盘方位图像一并进入存储器，存储器将摄取的图像经专用电缆传输至位于地面的视频分配器中，一路进入mp4，对探测的全过程进行录像，另一路进入计算机内的捕获卡中进行数字化。在探头匀速下降的过程中，连续的孔壁图像经过现场录制或者数字化成图，形成完整的钻孔孔壁视频或图像，室内分析时再通过视频图像及存储器中采集到的图像数据重建孔壁，生成分段或整孔的孔壁平面展开图和三维虚拟岩芯图，最终开展综合分析获得钻孔摄像测试结果。

（2）裂隙面产状及裂隙宽度的计算

裂隙面一般被认为是一个平面，平面可由空间中的3个点唯一确定，因此，在具有空间坐标的钻孔孔壁图像中选择结构面上的3个点，只要这3个点不在同一直线上，就能确定结构面产状。

裂隙的宽度可由钻孔孔壁图像中的2个点直接求得。对于边缘特征较为明显的裂隙，只要取得裂隙上2点的相对空间坐标，就可以得到2点的距离，即裂隙的宽度。这种计算因未考虑倾角的关系，得到的裂隙宽度为视宽度。

2 在铁路工程地质勘察中的应用实例

2．1孔内水文地质调查

数字全景钻孔摄像系统可以对孔内地下水位的变化、裂隙、溶洞及断层水流情况进行探测，为孔内水文地质调查提供直观可靠的依据。

某铁路桥梁桥墩孔在勘探过程中发现涌水现象，在该勘探孔内开展钻孔摄像测试。孔壁局部测试结果如图l所示。

通过对钻孔孔壁展开图、柱状图和视频文件（涌水位置节理裂隙很发育，并伴随有大量气泡涌出）的对比分析，判断该孔开始涌水位置在3.6m处，通过观察孔内摄像的视频文件，孔内该深度以下较大的裂隙中均可见涌水现象。

根据视频文件中孔内悬浮物的动态，可以进一步观察孔内地下水的活动，确定流向。

2．2定量描述岩层节理、裂隙及破碎情况

该系统的分析软件可以对钻孔中裂隙的位置、产状及裂隙宽度进行定量的描述，如图l、图2中钻孔展开图的右侧，最终可以生成裂隙信息库进行归纳整理。

2．3推断岩层产状，识别岩层分界

通过钻孔展开图及裂隙信息库，可以推测钻孔对应岩层的产状。

在不同岩层的分界处，岩层的结构和性质发生了变化，从图像角度来看，主要表现在颜色、纹理的变化，该系统得到的钻孔孔壁图像具有色彩逼真、高清晰度的特点，很容易识别图像分界处的变化。图2为某铁路桥墩钻孔孔壁图像。

图2中可以观察到该钻孔35.5 m处上下岩层有明显的差异，上部岩层受到明显的构造运动，对裂隙信息库及钻孔展开图进行综合分析，推测其纹理产状为1610小于83。，判断该部位产生地层的沉积间断。

2．4观察孔内的地质构造

数字式全景钻孔摄像系统可以定量描述岩层节理、裂隙及破碎情况，尤其适应于铁路隧道深孔的测试，和其他测试手段相结合，判断孔内的断层、节理裂隙、破碎带、空洞以及软弱夹层等地质现象的精确位置及特性，可以对孔内的地质现象进行更为客观的解释。

图3为一铁路隧道深孔的一段钻孔展开图，通过对比分析孔内摄像视频文件和柱状展开图，可以精确确定孔内岩体构造破碎带的位置以及破碎程度。

图3钻孔展开图显示了某隧道深孔内的岩体构造破碎带，可以看到，该孔孔内136.5m到143.5m范围内存在岩体破碎，结构面杂乱无序，受构造作用影响大，部分裂隙为泥质或泥夹岩屑充填，局部甚至有空洞，为岩体构造所造成。通过综合分析钻孔展开图、视频文件、岩芯取样以及相关区域地质资料，推断该深度范围内为构造断层破碎带。

3 数字钻孔摄像与钻探的对比

钻探的优点是岩芯取样真实可信，并且能够判别岩性；缺点是得到的是扰动岩样，破碎带岩芯采取率较低，对孔内的地质现象描述比较粗糙，根据岩芯提出的地层承载力较保守。

数字钻孔摄像的优点是能够取得高清晰度的受扰动相对较小的孔壁展开图和虚拟岩芯图，精细描述孔壁岩体结构，并且可以精确测量节理裂隙的产状和宽度；缺点是对孔的要求较高，仅适用于干空、清水、轻度浑浊的垂直孔。

数字钻孔摄像如实反映了测试范围内的连续孔壁，既便于对钻孔的总体把握，也可以验证其他勘测手段的异常段的情况并精确确定其发育范围。综上所述，钻探取样和数字钻孔摄像分别对岩芯和孔壁进行观测，二者具有良好的互补性，对其结果的综合解译能够对地层岩性做出更为准确客观的评价。

4 结论

（1）数字钻孔摄像对钻孔孔壁进行探测，可以完整、准确地获得孔内的地质资料，得到的地层信息更加真实、可靠，配合已有钻探资料，可以对地层的工程性质做出更为准确的判断。