[發明專利]一種應用于隧道施工的超前地質預報系統及方法

在審

• 申請號: 202011069461.6
• 申請日: 2020-09-30
• 公開（公告）號: CN112230269A
• 公開（公告）日: 2021-01-15
• 發明（設計）人: 劉飛香;程永亮;劉在政;曹龍飛;申智方;王肖;謝錚;徐震;艾艷波;趙威威
• 申請（專利權）人: 中國鐵建重工集團股份有限公司
• 主分類號: G01V1/00
• 分類號: G01V1/00;G01V1/147;G01V1/155;G01V1/18;G01V1/20;G01V1/22
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 張欣然

本發明公開了一種應用于隧道施工的超前地質預報系統及方法，應用于隧道施工的超前地質預報系統包括：設置有機械震源以及控制部的震源部；設置有信號采集裝置以及收縮張緊部的檢波器封裝結構；數據采集部用于接收信號采集裝置所采集的地震波信號；PC端用于將數據采集部采集的數據進行實時儲存和顯示；后處理部用于對數據進行處理分析。本發明所提供的應用于隧道施工的超前地質預報系統中的地震波信號在傳遞的過程中，可以直接通過孔壁傳遞至收縮張緊部，降低了地震波信號在傳輸過程中的衰減，有利于提高超前地質預報系統的預報準確性；另外，可以根據實際情況通過控制部對機械震源的錘擊頻率進行調整，提高了超前地質預報系統適應不同工況的能力。

技術領域

本發明涉及隧道施工設備技術領域，更具體地說，涉及一種應用于隧道施工的超前地質預報系統。此外，本發明還涉及一種應用于上述應用于隧道施工的超前地質預報系統的方法。

背景技術

隧道施工通常采用鉆爆法和掘進機法，在遭遇不良地質段時常常發生突水突泥、塌方等地質災害，易引發卡機甚至機毀人亡等重大事故；在工程應用中，最為有效的解決辦法就是采用地震法超前地質探測技術提前探明掌子面前方的地質情況，尤其是斷層和破碎帶等，從而預先制定合理的處理措施和應對預案。

超前地質預報是在隧道開挖前或開挖過程中，對掌子面前方及其周邊的圍巖等級與地質情況做出超前預報的方法，超前地質預報能夠及時獲取掌子面前方地質信息，有效地降低施工過程中地質災害的發生。

目前超前地質預報系統多使用炸藥、大錘或刀盤破巖振動等作為震源激發地震波信號，炸藥震源具有很高安全風險，不適用于TBM施工；大錘震源單次沖擊能量低，采集信號的信噪比差，預報距離短；刀盤破巖振動噪聲大，采集信號信噪比差。

采用地震法進行超前預報時，需要將預報系統的檢波器送入事先鉆好的孔中，通過黃油或套管、機械方式，使檢波器與鉆孔圍巖接觸，采用黃油方式時，信號在黃油中傳遞衰減較大，影響探測效果，并且探測設備回收后，由于粘附有黃油，清理較為麻煩；而采用套管方式時，需要保證套管的可靠安裝，通常在孔底和孔口位置采用錨固劑將套管與鉆孔圍巖牢固地固定，但在探測完成后，套管及檢波器通常難以回收，探測成本較高。

綜上所述，如何提高超前地質預報系統的準確性，是目前本領域技術人員亟待解決的問題。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的是提供一種應用于隧道施工的超前地質預報系統，設置有錘擊頻率可調的震源部，在使用的過程中，可以根據實際調整錘擊頻率，并且檢波器封裝結構的收縮張緊部與孔壁耦合接觸，避免了黃油、套管的設置，減少了錘擊信號在傳輸過程中的衰減，提高了應用于隧道施工的超前地質預報系統的準確性。

本發明的另一目的是提供一種應用于上述應用于隧道施工的超前地質預報系統的方法。

為了實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種應用于隧道施工的超前地質預報系統，包括：

震源部，設置有機械震源以及用于控制所述機械震源錘擊頻率的控制部；

檢波器封裝結構，設置有用于采集地震波信號的信號采集裝置以及用于與孔壁耦合接觸的收縮張緊部；

數據采集部，與所述檢波器封裝結構連接，并接收所述信號采集裝置所采集的地震波信號；

PC端，用于將所述數據采集部采集的數據進行實時儲存和顯示；

后處理部，用于對所述數據進行處理分析。

優選的，所述控制部包括：

上位機，用于提供偽隨機編碼序列；

可編程邏輯控制器，用于接收所述上位機提供的所述偽隨機編碼序列，并將所述偽隨機編碼序列轉化為脈沖，按照預設的頻率以所述偽隨機編碼序列的順序輸出脈沖序列；