[發明專利]一種基于高頻彈性波的隧道不良地質超前探測系統及方法

在審

• 申請號: 202110592112.0
• 申請日: 2021-05-28
• 公開（公告）號: CN113311480A
• 公開（公告）日: 2021-08-27
• 發明（設計）人: 成帥;陳彥好;劉洪亮;王超;賈超;楊鈞巖;靳昊;高上
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: G01V1/18
• 分類號: G01V1/18
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 閆偉姣

本發明公開一種基于高頻彈性波的隧道不良地質超前探測系統及方法，包括：激光投影定位裝置，用于在隧道掌子面處進行投影，并通過控制投影焦距使縱向測線和橫向測線垂直且交點位于隧道掌子面中心，在縱向測線和橫向測線上選定測點；自動激震裝置，用于沿測線方向沖擊隧道掌子面的測點，激發地震波信號；高頻檢波器，用于沿測線方向采集由掌子面測點傳輸的地震波信號；數據處理單元，被配置為對接收的地震波信號進行濾波和反演成像后得到地震波信號的偏移成像波形圖，根據偏移成像波形圖得到不良地質的探測結果。建立極小偏移距探測模式，實現高頻彈性波自動采集，實現隧道亞米級小尺度不良地質體精細化探測。

技術領域

本發明涉及隧道不良地質超前探測技術領域，特別是涉及一種基于高頻彈性波的隧道不良地質超前探測系統及方法。

背景技術

本部分的陳述僅僅是提供了與本發明相關的背景技術信息，不必然構成在先技術。

隧道超前地質預報工作是隧道安全建設的必備環節和重要保障，超前地質預報已經成為隧道施工的工序之一，是隧道施工地質勘察工作的有機組成部分之一，是對隧道前期勘察成果的細化、補充、修改和完善。彈性波法是隧道超前地質預報應用較早也是最常用的地球物理方法，其中彈性波反射對具明顯彈性波阻抗差異的巖土體有較敏感的響應，傳統的彈性波法超前預報技術可有效識別大尺度的斷層、破碎帶等米級地質構造，然而對于裂隙、節理等小尺度地質體的探測效果欠佳。

為了避免先于反射波到達的直達波、地滾波、聲波、折射波的干擾，偏移距(離震源最近的檢波器的震檢距稱為偏移距)必需足夠大；而探查淺層或超淺層對象時，大的偏移距將導致波的入射角和反射角過大，即產生寬角反射，大大降低反射信號的強度。

發明內容

為了解決上述問題，本發明提出了一種基于高頻彈性波的隧道不良地質超前探測系統及方法，在鑿巖臺車上搭載自動激震裝置、三維高頻檢波器以及激光投影定位裝置，建立極小偏移距探測模式，實現高頻彈性波自動采集，實現隧道亞米級小尺度不良地質體精細化探測。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

第一方面，本發明提供一種基于高頻彈性波的隧道不良地質超前探測系統，包括：

激光投影定位裝置，用于在隧道掌子面處進行投影，并通過控制投影焦距使縱向測線和橫向測線垂直且交點位于隧道掌子面中心，在縱向測線和橫向測線上選定測點；

自動激震裝置，用于沿測線方向沖擊隧道掌子面的測點，激發地震波信號；

高頻檢波器，用于沿測線方向采集由掌子面測點傳輸的地震波信號；

數據處理單元，被配置為對接收的地震波信號進行濾波和反演成像后得到地震波信號的偏移成像波形圖，根據偏移成像波形圖得到不良地質的探測結果。

第二方面，本發明提供一種基于高頻彈性波的隧道不良地質超前探測方法，包括：

通過控制投影焦距在隧道掌子面處進行投影，使縱向測線和橫向測線垂直且交點位于隧道掌子面中心，并在縱向測線和橫向測線上選定測點；

獲取經沖擊測點后產生的地震波信號，對地震波信號進行濾波和反演成像后得到地震波信號的偏移成像波形圖，根據偏移成像波形圖得到不良地質的探測結果。

與現有技術相比，本發明的有益效果為：

本發明提出的基于高頻彈性波的隧道不良地質精細化和快速化預報技術，提前掌握隧道沿線不良地質分布情況，為隧道防災減災提供技術保障。

本發明在震源附近放置檢波器，由于前述干擾波都遠早于反射波到達，所以不會產生干擾。

本發明建立極小偏移距探測模式，利用高頻彈性波實現對隧道前方百米范圍內不良地質體的精細化探測，探測精度高。