[實用新型]隧道掘進機中主動源三維地震超前地質(zhì)探測裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201520138093.4
• 申請日: 2015-03-11
• 公開（公告）號: CN204496013U
• 公開（公告）日: 2015-07-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李術(shù)才;宋杰;劉斌;許新驥;聶利超;劉征宇;任玉曉
• 申請（專利權(quán)）人: 山東大學(xué)
• 主分類號: G01V1/00
• 分類號: G01V1/00;G01V1/02;G01V1/20
• 代理公司: 濟南圣達知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37221
• 代理人: 張勇

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及隧道掘進機施工過程中的地質(zhì)超前預(yù)報領(lǐng)域，尤其涉及一種隧道掘進機中主動源三維地震超前地質(zhì)探測裝置。

背景技術(shù)

與傳統(tǒng)的鉆爆法施工相比，隧道掘進機施工具有“掘進速度快、成洞質(zhì)量高、綜合經(jīng)濟效益高、施工安全文明”等顯著優(yōu)勢，日本、美國、歐洲等發(fā)達國家采用掘進機施工的隧道比例超過80％，而隨著我國隧道建設(shè)的不斷發(fā)展，隧道掘進機也將得到越來越多的應(yīng)用。與此同時，眾多工程實踐表明，隧道掘進機對地質(zhì)條件的適應(yīng)性較差，突水突泥、塌方等地質(zhì)災(zāi)害以及由此誘發(fā)的卡機甚至機毀人亡等重大事故給隧道掘進機安全施工帶來了重大挑戰(zhàn)。為避免掘進機施工中的地質(zhì)災(zāi)害和安全事故，最為有效的解決方法就是采用超前地質(zhì)預(yù)報技術(shù)，根據(jù)探測得到的掘進機工作面前方不良地質(zhì)情況預(yù)先制定合理的處置措施和施工預(yù)案。

目前，國內(nèi)外在鉆爆法施工隧道超前地質(zhì)探測的理論和技術(shù)方面取得了重要進展和良好的應(yīng)用效果，然而TBM施工隧道中實用有效的超前探測理論與方法是國內(nèi)外長期關(guān)注卻未能解決的難題，其根本原因在于TBM施工環(huán)境極為復(fù)雜。TBM擁有復(fù)雜的金屬結(jié)構(gòu)和電工系統(tǒng)，占據(jù)了掘進面后方大部分隧道空間，其掘進速度較快，工序銜接緊密，造成“電磁干擾十分嚴重，可用觀測空間極為狹小，容許探測時間比較緊促”，導(dǎo)致傳統(tǒng)地球物理方法無法很好地適用。

現(xiàn)有的三維地震超前地質(zhì)探測裝置主要存在以下問題：

①觀測方式簡單，未采用有效的三維空間觀測方式，難以獲得周圍巖體的準確波場信息，導(dǎo)致異常體空間定位效果較差，容易出現(xiàn)漏報、錯報和誤報等問題。

②為不影響隧道掘進機正常施工，地震波超前探測需要盡量利用掘進機檢修時間(每天約2小時)進行探測，這就對地震波超前探測的效率提出了要求，因而缺少一種針對掘進機施工隧道的快速安裝裝置，導(dǎo)致探測時效率較低，，影響掘進機的正常施工。

③地震波數(shù)據(jù)處理的自動化需要進一步提高，三維成像、異常體空間定位及其探測精度有待提高。

實用新型內(nèi)容

本實用新型的目的就是為了解決上述問題，提出了一種隧道掘進機中主動源三維地震超前地質(zhì)探測裝置，該裝置可以根據(jù)需要自由選擇需要工作的檢波器個數(shù)及在隧道中的位置，自由組合，方便靈活，同時可獲得不同震檢距的地震數(shù)據(jù)，有利于獲得子面前方準確的速度分布，從而對掌子面前方異常體進行精確定位。

為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用如下技術(shù)方案：

一種隧道掘進機中主動源三維地震超前地質(zhì)探測裝置，包括掘進機刀盤以及與所述刀盤連接的掘進機主體，所述掘進機主體內(nèi)設(shè)有主控室，主控室內(nèi)設(shè)有控制器和多通道地震波數(shù)據(jù)采集儀；所述掘進機刀盤和掘進機主體前端分別設(shè)有震源系統(tǒng)；在所述掘進機主體工作面后方按照一定的空間觀測方式設(shè)有數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；所述控制器分別與多通道地震波數(shù)據(jù)采集儀、震源系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接，多通道地震波數(shù)據(jù)采集儀與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接；

控制器分別將震源系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)遞送到對應(yīng)的隧道壁上；當震源系統(tǒng)接觸到隧道壁的壓力達到一定值時，震源即與隧道壁接觸良好；同時，當數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)接觸到隧道壁的壓力達到一定值時，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的檢波器與隧道壁自動耦合。

所述震源系統(tǒng)包括：工作面震源陣列和邊墻震源陣列；

所述工作面震源陣列設(shè)置在掘進機刀盤上，并沿掘進機刀盤中心對稱分布；所述邊墻震源陣列位于掘進機主體的前端。

所述邊墻震源陣列包括：可控震源、震源壓力傳感器、震源液壓伸縮桿以及震源進出口艙門；

所述邊墻震源陣列位于震源行走裝置上，震源行走裝置包括圓形滑環(huán)震源導(dǎo)軌和沿著隧道軸向的軌道；所述圓形滑環(huán)震源軌道上面有鋸齒，震源在其上自由滑動，同時能夠360°自由旋轉(zhuǎn)；

所述震源進出口艙門位于掘進機刀盤上，所述可控震源和震源壓力傳感器安裝在震源液壓伸縮桿的頂端，可控震源通過回路觸發(fā)器與多通道地震波數(shù)據(jù)采集儀連接，震源壓力傳感器和震源液壓伸縮桿分別與控制器連接。

所述震源液壓伸縮桿采用中空設(shè)計，所述震源進出口艙門能夠在控制器的控制下按照預(yù)設(shè)的卡槽運動，實現(xiàn)震源進出口的開閉。

所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括：自動耦合的三分量檢波器、檢波器行走裝置、檢波器壓力傳感器、無線數(shù)據(jù)傳輸器、檢波器液壓伸縮桿和檢波器進出口艙門；