[發明專利]隧道三維地震波超前探測空間觀測系統與方法

有效

• 申請號: 201610411224.0
• 申請日: 2016-06-08
• 公開（公告）號: CN105974465B
• 公開（公告）日: 2017-08-01
• 發明（設計）人: 劉斌;陳磊;李銘;李術才;聶利超;宋杰;許新驥;王傳武;王瑞睿
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: G01V1/20
• 分類號: G01V1/20;G01V1/18;G01V1/22;G01V1/155;G01V1/30
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司37221
• 代理人: 趙敏玲

1.隧道三維地震波超前探測空間觀測系統，其特征是：包括全空間三維觀測系統、地震波激發單元和檢波器安裝單元，其中：

所述全空間三維觀測系統包括14個激發震源點，14個激發震源點位置分別位于隧道兩側的巖壁上及掌子面巖體上，左右兩側各六個激震點，共布置2圈，掌子面對稱布置兩個激震點；

所述全空間三維觀測系統包括10個接收點，10個接收點位置分別位于隧道兩側及掌子面中心線上，共布置5個里程位置，隧道兩側每個里程位置各布置2個接收點，掌子面上分別在相對隧道底板高度不同位置處布置兩個接收點；

所述檢波器安裝單元包括固定塊，固定塊將地震波檢波器固定于隧道內；

所述地震波激發單元，包括改進的彈簧伸縮錘擊器，具體包括壓縮彈簧、伸縮錘和殼體，殼體內固定有伸縮彈簧的一端，伸縮彈簧的另一端連接伸縮錘，使得伸縮錘在殼體內進行伸縮運動；所述巖壁上的檢波器左右兩側對稱布置，且每一側的激發震源點距離掌子面的距離不同，掌子面上的激震點呈左右對稱布置，相對隧道底板的高度不同；

所述三維觀測系統的相鄰檢波器之間偏移距△x≤0.5V/f，f是現場信號的有效頻率,V是現場巖體波速值。

2.如權利要求1所述的隧道三維地震波超前探測空間觀測系統，其特征是：

所述固定塊通過粘貼方式固定時，包括固定塊基體、傳感器連接槽、固定螺栓孔、粘接面以及反光貼，其中，所述固定塊基體由細骨料的混凝土澆筑而成；所述的傳感器連接槽中預澆筑有螺栓，通過其將地震波檢波器固定在其上，所述固定塊基體上設有固定螺栓孔和粘接面，固定塊基體外表面還設有反光貼。

3.如權利要求2所述的隧道三維地震波超前探測空間觀測系統，其特征是：所述的固定螺栓孔為預澆筑的螺帽，在巖體破碎松動區域，通過固定螺栓將其固定在巖壁上，所述固定塊通過拼接式固定時，包括固定塊基體、螺栓環、四向傳感器連接螺栓以及膨脹螺栓，所述固定塊基體由細骨料的混凝土澆筑而成；所述的螺栓環是預澆筑在固定塊基體中的，與膨脹螺栓螺母外徑相同；所述的四向傳感器連接螺栓是預澆筑在混凝土基體中的，分別位于與螺栓環設置面相鄰的四個面的中心點。

4.如權利要求1所述的隧道三維地震波超前探測空間觀測系統，其特征是：所述伸縮錘，包括錘面、錘身以及觸發器槽，其中錘面設置于錘身的前端，錘身內部設置有觸發器槽，錘身活動固定于殼體內部，且殼體前端設有踏板。

5.一種如權利要求1-4中任一項所述的系統的工作方法，其特征是：包括以下步驟：

(1)根據掌子面情況對掌子面進行排險；

(2)在不同高度點對觀測系統進行定位，選取固定面，選取粘貼或拼接方式安裝固定塊，并安裝加速度傳感器與無線模塊；若檢波器為三分量的，則可以任意選取一個螺栓方向進行安裝，若檢波器為單分量，則可以通過不同螺栓的組合安裝，實現三分量地震數據的采集；

(3)將觸發器安裝在彈簧伸縮捶擊器的觸發器安裝槽中，其觸發連接線通過錘擊器后方線槽引出，連接至控制儀；

(4)通過對彈簧伸縮錘擊器進行垂向加壓，使壓縮彈簧具有彈性勢能，將錘擊器的捶擊面對準捶擊點，將勢能轉化為動能，完成激震錘擊；

(5)安裝在掌子面以及巖壁上的檢波器對地震波數據進行采集，并通過無線傳輸裝置傳遞至多通道數據采集儀，并傳輸至控制操作終端進行數據保存及實時查看；

(6)對觀測系統各布置點三維坐標數據進行采集，并及時反饋至控制操作終端；

(7)將三維地震波探測過程中觀測系統三維坐標和地震波數據采集信號進行實時處理。

6.如權利要求5所述的工作方法，其特征是：所述步驟(2)中，使用粘貼方式時，將加速度傳感器通過螺栓安裝到混凝土固定塊上，通過纖維布將巖體表面或初襯表面的灰塵或松動砂礫擦除，將固定膠均勻涂抹在固定塊的粘接面，并將固定塊粘貼到巖體或混凝土表面，使固定塊的檢波器傳感器連接槽朝向洞口方向，按壓混凝土固定塊，待其粘接牢固后松開。

7.如權利要求5所述的工作方法，其特征是：所述步驟(2)中，使用拼接方式時，巖體表面或初襯表面垂直打出鉆孔，將膨脹螺栓插入鉆孔中，安裝掛環后，使用六角扳手將膨脹螺栓固定在巖體或混凝土初襯結構上，保證其與巖體之間不存在松動。