[發明專利]隧道地質超前預報中人工地震波的機械能自動化無損激發裝置

在審

• 申請號: 201510296063.0
• 申請日: 2015-06-02
• 公開（公告）號: CN104932006A
• 公開（公告）日: 2015-09-23
• 發明（設計）人: 王長江;李娟;任文宏;樊曉龍;劉東坡;李佳;楊濤濤
• 申請（專利權）人: 甘肅智通科技工程檢測咨詢有限公司;甘肅路橋建設集團有限公司
• 主分類號: G01V1/147
• 分類號: G01V1/147
• 代理公司: 蘭州中科華西專利代理有限公司 62002
• 代理人: 馬正良

技術領域

本發明涉及隧道地質超前預報技術領域，具體是指隧道地質超前預報中人工地震波的機械能自動化無損激發裝置，通過這種無損方式激發地震波，實現對隧道已施工段襯砌無破壞的前提下進行地震波法地質超前預報，實現了地震波超前地質預報過程自動化控制。

背景技術

隨著我國交通建設事業的快速發展，越來越多的隧道工程需要穿越更為復雜的地質條件，既有圍巖軟弱、節理裂隙發育、穩定性差、易坍塌的影響；也有穿越巖溶地區時，各種巖溶水系統的相互作用，易造成涌突水、突泥等特大災害的困惑;?還有地鐵穿越市區建筑物、立交橋等市政設施、穿越河流與淺埋軟弱人工填土及特殊地層，極易突水、塌方等難題。如何排除險情、防止坍塌、確保施工安全已成為地下工程發展丞待解決的重要問題。（參見葉英.?隧道施工超前地質預報可靠性研究[J].?鐵道工程學報,?2013,?(1):66-71.）。因此對在隧道施工中進行隧道地質超前預報是隧道施工不可缺的重要工序，是隧道等洞室工程安全施工的指導書。尤其在復雜地質條件下的隧道工程應在施工前（及過程中）進行地質超前預報具有重大意義。通過超前地質預報可以提前發現隧道開挖過程中可能遇到的地質病害，預報可能發生的事故和險情，以便及時采取措施，防患于未然，保證施工安全；同時也為隧道施工的方法、支護形式的變更提供依據，減少施工的盲目性，節約隧道工程建設的投資。

隧道施工超前地質預報是指對隧道開挖掌子面前方地質變化情況及不良地質體的工程性質、位置及形狀進行探測、分析解釋及預報，并提出工程措施建議。隨著超前預報技術在隧道應用中越來越廣泛，預報方法種類也越來越多，綜合國內外研究現狀，常見的有地質類方法、超前鉆探法、地球物理探測類等。當前，物理探測技術因其探測成本低、時間短、靈活方便、占用空間資源少等特點，是隧道地質超前預報主要采用的檢測技術。地質超前預報的物探技術主要有地震波、高密度電、電磁波等多種技術。在眾多隧道超前預報方法中，地震波法隧道超前探測技術精度高，探測距離遠，技術方法也相對比較成熟（參見杜立志.?隧道施工地質地震波法超前探測技術研究[D].?吉林大學博士學位論文,?2008）。是利用彈性波在均勻介質中反射折射基本原理，主要工作內容包括在隧道掌子面一側布置檢波器和有規律的爆源，對布置的震源依次進行激發，產生有規律的地震波，地震波在巖體中傳播，當遇到巖體性質變化的分界面時，地震波會產生不同程度的反射和折射，應用布置好的檢波器接收反射回來的波形圖像，再應用配套的專業分析軟件分析，推斷前方巖層的基本變化。在地震波法隧道超前地質預報中人工地震波的激發其中的一個關鍵環節和技術，只有恰當的激發方式和激發能量才能最大程度降低雜波干擾，提高預報精度。一般來講，如TSP技術等應用非常廣泛的地震波地質超前預報方法中，人工地震波的激發都是用鉆孔炸藥爆破的方式獲取，雖然這種方法得到的地震波能量大，傳播距離遠，但是卻存在著操作工序復雜、破壞性強、聲波發育嚴重和存在安全隱患等問題，尤其在洞口或弱圍巖地帶應用受到很大限制。為了解決這一問題，可以采用安全可控的機械能方式代替炸藥爆破方式激發地震波，現有的陸地聲納法探測技術就是利用了一原理用錘擊法進行地震波激發（參見邱道宏,?鐘世航,?李術才等.?陸地聲納法在隧道不良地質超前預報中的應用[J].?山東大學學報：工學版,?2009,?(4):17-20.），而這種錘擊的方式是一種手工操作方式，受人為因素影響大，敲擊能量不能有效控制，導致數據離散型大，不利于預報分析。

因此，為了解決地震波法隧道地質超前預報中炸藥爆破方式破壞性強、安全隱患大、聲波發育明顯的問題，機械能激發裝置是一種很好的選擇，而為了讓機械能激發裝置既能安全可控、操作便捷，又能實現自動化控制過程，發明一種新型的地震波超前預報自動化裝置是非常有必要的。

發明內容

基于上述，為了使得地震波法地質超前預報既能安全可控、無破壞性，又能實現自動化控制過程，本發明的目的旨在提供一種隧道地質超前預報中人工地震波的機械能自動化無損激發裝置，通過這種無損方式激發地震波，實現對隧道已施工段襯砌無破壞的前提下進行地震波法地質超前預報，并實現了地震波超前地質預報過程實現自動化控制。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現：