[發明專利]TBM刀盤破巖噪聲源的多波采集系統及超前探測方法

有效

• 申請號: 202110593919.6
• 申請日: 2021-05-28
• 公開（公告）號: CN113267806B
• 公開（公告）日: 2023-01-10
• 發明（設計）人: 周黎明;付代光;王法剛;張楊;陳志學;張敏
• 申請（專利權）人: 長江水利委員會長江科學院
• 主分類號: G01V1/18
• 分類號: G01V1/18;G01V1/20;G01V1/28;G01V1/30;G01V1/36;G01V1/22
• 代理公司: 武漢開元知識產權代理有限公司 42104
• 代理人: 李滿

本發明公開了一種TBM破巖噪聲源的多波采集系統及綜合解釋方法，本發明通過布置在掌子面后方的水平測線和垂直測線的每個三分量檢波器接收隧道掌子面前方的反射波、面波以及邊墻的面波信號；將每個三分量檢波器所采集的反射波及面波信號傳輸到數據顯示存儲器上，對數據顯示存儲器上的數據進行預處理，通過空間自相關、數據相干方法獲得面波頻散曲線及反射波地震剖面，基于面波頻散曲線反演得到掌子面前方及邊墻的橫波速度?深度曲線，基于反射波地震剖面獲得縱橫波速度曲線及偏移剖面等，綜合面波預報結果及反射波預報結果開展地質綜合解譯。本發明實現了在TBM施工隧道強震動干擾條件下，高精度、高準確度的預報結果。

技術領域

本發明涉及TBM施工隧道超前地質預報技術領域，具體地指一種TBM(TunnelBoring Machine，隧道掘進機)破巖噪聲源的多波采集系統及超前探測方法。

背景技術

TBM隧道超前地質預報是提前了解和掌握施工掌子面前方不良地質的發育情況，避免TBM因遇到不良地質體而導致TBM卡機、損壞、報廢甚至人員傷亡等重大事故發生的有效方法。

由噪聲探測理論可知，噪聲源中面波的信號占據約70％的能量。目前，國內外TBM噪聲源探測技術，仍沿用傳統主動源的彈性波反射法(體波信息)探測識別隧道前方地質異常體。在干擾信號復雜、能量強的條件下，非常不利于體波信號的提取，而面波信號的強能量優勢，更易被識別提取。相較于反射波而言，面波的分辨率更高，不受探測目標體大于地震波四分之一波長的限制，因此采用面波方法能夠提高對小尺度不良地質體的辨識能力。此外，借助于面波反演的橫波速度和厚度參數，綜合反射波信息，可開展綜合超前地質預報，改善預報結果的不確定性，提高預報的準確度。

綜上所述，現有的TBM刀盤破巖噪聲源超前探測方法仍面臨以下問題：1、TBM隧道觀測空間狹小，采用何種觀測系統在有限觀測空間內實現對掌子面前方地質信息的面波和反射波信號采集；2、TBM施工隧道震動干擾強，單一反射波預報結果的精度及準確性受到嚴重影響，如何提高預報結果的精度和準確性有待深入研究。

發明內容

本發明的目的就是要提供一種TBM刀盤破巖噪聲源的多波采集系統及超前探測方法，本發明解決了TBM刀盤破巖時不能接收到掌子面前方面波信號的問題，同時在TBM施工隧道強震動干擾條件下，實現高準確度預報難題。

為實現此目的，本發明所設計的一種TBM刀盤破巖噪聲源的多波采集系統，其特征在于，它包括水平測線、垂直測線、TBM刀盤和數據顯示存儲器，所述水平測線由依次沿隧道軸線布置在隧道邊墻中的多個三分量檢波器構成，垂直測線由依次沿隧道徑向布置在隧道邊墻中的多個三分量檢波器構成，所述TBM刀盤用于通過對掌子面巖體進行切割，激發地震波信號；

水平測線中的各個三分量檢波器用于接收地震波信號中的掌子面前方反射波信號和隧道邊墻方向的面波信號，水平測線中的所有三分量檢波器用于向數據顯示存儲器傳輸水平測線接收的分布式掌子面前方反射波信號和隧道邊墻方向面波信號；

垂直測線中的各個三分量檢波器用于接收地震波信號中的掌子面前方的反射波信號和掌子面前方的面波信號，垂直測線中的所有三分量檢波器用于向數據顯示存儲器傳輸垂直測線接收的分布式掌子面前方反射波信號和掌子面前方面波信號。

一種利用上述采集系統的多波超前探測方法，它包括如下步驟：

步驟1：TBM刀盤破巖激發地震波信號；

步驟2：水平測線中的各個三分量檢波器接收地震波信號中的掌子面前方反射波信號和隧道邊墻方向的面波信號，水平測線中的所有三分量檢波器向數據顯示存儲器傳輸水平測線接收的分布式掌子面前方反射波信號和隧道邊墻方向面波信號；

垂直測線中的各個三分量檢波器接收地震波信號中的掌子面前方的反射波信號和掌子面前方的面波信號，垂直測線中的所有三分量檢波器向數據顯示存儲器傳輸垂直測線接收的分布式掌子面前方反射波信號和掌子面前方面波信號；