[發明專利]盾構施工隧道使用的激電測深法超前預報系統及方法

有效

• 申請號: 202110290083.2
• 申請日: 2021-03-18
• 公開（公告）號: CN113031082B
• 公開（公告）日: 2022-11-22
• 發明（設計）人: 王偉;李郎平
• 申請（專利權）人: 中國科學院地理科學與資源研究所
• 主分類號: G01V3/08
• 分類號: G01V3/08
• 代理公司: 北京金咨知識產權代理有限公司 11612
• 代理人: 尤樟華

1.一種盾構施工隧道使用的激電測深法超前預報系統，其特征在于，所述激電測深法超前預報系統包括供電電極系、測量電極系、多通道激電數據采集儀和數據處理終端；

其中，所述供電電極系包括供電電極A和無窮遠供電電極B；所述測量電極系包括測量電極M和無窮遠測量電極N，所述供電電極A用于產生激發極化點電源場，所述測量電極M用于測量產生的激發極化點電源場的電位差，所述供電電極系、測量電極系組成激電二極測深裝置；

所述供電電極A和測量電極M布置在掌子面附近的隧道壁處，供電電極A布置有一個，測量電極M布置有多個，且供電電極A和多個測量電極M呈環形布置；所述無窮遠供電電極B和無窮遠測量電極N布置在隧道的遠離掌子面的側壁或底板上，且相互隔離；所述供電電極A位于掌子面的最高位置，各所述測量電極M均勻且在掌子面的豎向直徑兩側水平對稱布置，使得對稱分布的兩個測點位置的測量電極M到供電電極A的距離是相等的；

所述多通道激電數據采集儀與所述供電電極系和測量電極系連接的各個電極連接，其也與數據處理終端連接，用于設置供電參數及測量各個測點的一次場電位差以及二次場電位差，并將供電參數及測得的電位差傳輸至數據處理終端；

所述數據處理終端利用采集的一次場及二次場繪制曲線圖并進行分析，從而判斷掌子面前方地層地質情況；

所述供電電極A和測量電極M是在盾構機內穿過支撐環盤周上的多個預留注漿預留孔道，從而伸出到盾構機支撐環外，所述供電電極A和測量電極M的數量與盾構機的支撐環上的注漿預留孔道數量一致，位置與各個預留注漿預留孔道的位置對應。

2.根據權利要求1所述的盾構施工隧道使用的激電測深法超前預報系統，其特征在于，所述供電電極A和測量電極M為軟體不極化電極，所述軟體不極化電極包括軟袋和設置在所述軟袋內的傳導體鹽液，所述傳導體鹽液透過所述軟袋滲透至隧道壁，使其形成電的通路。

3.根據權利要求2所述的盾構施工隧道使用的激電測深法超前預報系統，其特征在于，所述軟體不極化電極的后端設有定位安裝桿，以使得所述軟體不極化電極伸出盾構機支撐環盤周上的預留注漿預留孔道；

所述軟體不極化電極的后端也設有與所述多通道激電數據采集儀連接的信號傳輸線。

4.根據權利要求3所述的盾構施工隧道使用的激電測深法超前預報系統，其特征在于，所述軟體不極化電極包括設置在所述軟袋內的金屬電極、金屬鹽晶體和吸水體，所述傳導體鹽液通過金屬鹽晶體浸泡溶劑形成，所述金屬鹽晶體填充于所述金屬電極周邊，所述金屬電極一端伸出所述軟袋的開口并與所述定位安裝桿連接。

5.根據權利要求1所述的盾構施工隧道使用的激電測深法超前預報系統，其特征在于，所述無窮遠供電電極B、無窮遠測量電極N與所述供電電極A、測量電極M的水平距離不小于750米。

6.根據權利要求1所述的盾構施工隧道使用的激電測深法超前預報系統，其特征在于，所述多通道激電數據采集儀的供電參數包括供電電流、供電電壓、波形和供電周期；

所述多通道激電數據采集儀對所述供電電極A和無窮遠供電電極B供以正負交替的矩形脈沖電流，占空比為1：1，供電周期為2～20s，供電電流2～8A，供電電壓600～1000V。

7.一種盾構施工隧道使用的激電測深法超前預報方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟：

布置供電電極A和無窮遠供電電極B、測量電極M和無窮遠測量電極N：在隧道掌子面或附近，通過盾構機支撐盤周預留的多個注漿孔道中的一個注漿孔道布置供電電極A，通過其余的注漿孔道布置多個測量電極M，以使得所述供電電極A和多個測量電極M呈環形布置；在隧道距離掌子面不下于750m的隧道壁或底板處布置所述無窮遠供電電極B和無窮遠測量電極N；

固定供電電極A，分別連接支撐環周邊的測量電極M，逐個測量不同位置的測點的一次場電位差以及二次場電位差，并將測得的電位差數據傳輸至數據處理終端；

所述數據處理終端利用采集的一次場及二次場繪制曲線圖并進行大地極化效應分析，從而判斷掌子面前方地層地質情況。

8.根據權利要求7所述的方法，其特征在于，對所述供電電極A和無窮遠供電電極B供以正負交替的矩形脈沖電流，占空比為1：1，供電周期為2～20s，供電電流2～8A，供電電壓600～1000V；

逐個測量各測量電極M的一次場電位差、逐個測量各測量電極M斷電以后瞬間(t→0)的二次場電位差、將水平對稱的兩個測量電極M的平均值作為該測點的觀測值；

對每個測量電極M對應測點位置的衰減曲線進行分析，挑選剔除干擾，并計算觀測參數，所述觀測參數包括視電阻率、視極化率和視充電率；

利用二維約束反演迭代成像處理方法獲得等視電阻率ρs、等視極化率ηs、等視充電率Ms二維圖像，并進行大地極化效應分析，從而判斷前方地層含水情況。