本发明专利技术公开了一种针对隧道瞬变电磁法超前预报的阵列天线源，包括若干发射单元，每个发射单元后面有一个外接电源，所述的发射单元由发射天线、螺旋线和底座组成，其中：螺旋线缠绕在发射天线四周，螺旋线和发射天线中间有一层隔离层，以防止电流接触，起消除互感作用；底座中心的凹陷处一侧为外接电源的接入口，凹陷处另一侧上有插针阵列，用于插接发射天线，底座的四周有对应的突出和凹陷，用于将若干个发射单元拼接成一体。该发射源可以通过改变源的参数和发射电流强度增大发射场源强度，提高勘探深度，改变发射源脉宽提高高频谐波成分，提高勘探精度，进行高分辨率、远距离勘探，实现对掌子面前方的导水通道进行精细探测。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于地球物理探测领域，特别涉及一种针对隧道瞬变电磁法超前预报的阵列天线源。
技术介绍
随着国家“西部大开发”战略、“一带一路”战略的实施，铁路公路交通工程、水利水电工程等重大基础工程建设得到了快速发展并且逐年向西部山区转移，我国目前已经成为世界上修建隧道数量最多和难度最大的国家。随着修建的隧道工程越来越多，面临的地质条件也越来越复杂，在隧道开挖施工过程中，容易出现无法预料的工程地质灾害，如突水、突泥、坍塌等。突水突泥灾害不仅会在各类隧道等地下工程中造成人员伤亡和经济损失，更严重的还会对环境造成不可逆性的破坏。引发突水突泥的主要灾害源有断层性、溶洞溶腔型、暗河型以及裂隙型，裂隙型灾害源因规模较小而不宜探测等原因而常被忽略，但是裂隙型灾害源经受岩层高压常常形成高承压水，一旦涌水就会造成严重的经济损失和重大的人员伤亡；另外，一些灾害源之间、灾害源与地面径流或湖泊经常以导水通道的形式互相连同，含导水构造发展和演化是影响隧道地质灾害的关键环节，隧道掘进至断裂带，开挖扰动破坏了充填介质内部构造，导水通道逐渐萌生和发展，最终导致断层内部隐伏承压水区或者与之有补给关系的地表水体、岩溶水体等与开挖临空区贯通，当发生突水突泥灾害时常会形成一连串的次生灾害发成，比如地表塌陷、房屋倒塌，甚至是水资源枯竭、水循环紊乱等生态问题。造成上述现象的主要原因正是导水通道认识不清。目前，国内外关于隧道超前探测主要集中在一些大的地质灾害目标体上，探测裂隙型灾害源和导水通道由于勘探分辨率和探测深度的矛盾关系一直未能得到有效的解决。但是理论和事实证明，精确的探测到导水通道的准确位置，提前进行注浆封堵，不仅能够有效的防止突水突泥灾害的发生，还能够防止灾害对环境和生态系统的破坏，做到“安全施工绿色施工”。未来的超前地质预报将以定量化探测技术为核心和引领，实现“四化探测”，即：定量化、智能化、精细化、可视化。因此对于当前的隧道超前预报工作，能够实现精确的探测裂隙型灾害源和导水通道就显得至关重要。但是目前的隧道超前探测技术都未能突破分辨率和探测深度这一矛盾，无法做到高分辨率、远距离勘探，精确探测导水通道的具体位置也一直是业界未能解决的难题。近年来，瞬变电磁法作为一种有效的水体探查方法在隧道超前探测中获得了重要的应用，并取得了显著的效果和一定发展。但是常规的瞬变电磁方法和其它地球物理勘探方法对于精细的探测裂隙型灾害源和导水通道还存在一定的困难。
技术实现思路
针对以上现有技术存在的缺陷或不足，本专利技术的目的在于，提供一种针对隧道瞬变电磁法超前预报的阵列天线源。可以通过改变阵列天线源的参数和发射电流强度以此增大发射场源强度，提高勘探深度；改变发射源脉宽提高高频谐波成分，提高勘探精度，进行高分辨率、远距离勘探，实现对掌子面前方的导水通道进行精细探测。为了实现上述任务，本专利技术采取如下的技术解决方案：一种针对隧道瞬变电磁法超前预报的阵列天线源，其特征在于，包括若干发射单元，每个发射单元后面有一个外接电源，所述的发射单元由发射天线、螺旋线和底座组成，其中：螺旋线缠绕在发射天线四周，螺旋线和发射天线中间有一层隔离层，以防止电流接触，螺旋线主要起消除互感作用；底座中心的凹陷处一侧为外接电源的接入口，凹陷处另一侧上有插针阵列，用于插接发射天线，底座的四周有对应的突出和凹陷，用于将若干个发射单元拼接成一体。根据本专利技术，所述发射天线长度20cm，直径2cm。所述螺旋线直径为2mm，螺旋线之间的螺间距为5mm。所述底座大小为10×10×3cm，采用绝缘材料制成。所述插针阵列是从上到下第一排为5个插针，第二排和第三排均为7插针个，第四排为9个插针，第五排和第六排均为7个插针，第七排为5个插针。根据本专利技术，所述外接电源在进行探测时对若干发射单元进行同时供电，在供电时一定保证供电和断电时间相等。上述针对隧道瞬变电磁法超前预报的阵列天线源的使用方法，其特征在于，将若干发射单元有规则的排列在掌子面前方，组成阵列天线源，在进行勘测时，发射单元经外接电源同时供电，在供电时一定保证供电和断电时间相等，使得发射单元同时进行发射，利用电磁波的相干特性，使能量最大化的集中在掌子面前方；根据隧道瞬变电磁法超前探测的任务和环境的变化，改变阵列天线源和电源电流：当探测目标体规模比较大并且距离掌子面较近时，采用规模较小的阵列天线源和小电流以达到探测目的；当探测目标体距掌子面较远并且规模较小时，采用大的阵列天线源，适当缩短发射源脉宽并提高发射电源电流，以增加发射天线的功率和分辨率，从而提高数据的信噪比，达到远距离、高分辨率勘探。本专利技术的针对隧道瞬变电磁法超前预报的阵列天线源，与现有的技术相比，带来的技术效果在于，可以通过改变源的参数和发射电流强度增大发射场源强度，提高勘探深度，改变发射源脉宽提高高频谐波成分，提高勘探精度，进行高分辨率、远距离勘探，实现对掌子面前方的导水通道进行精细探测。附图说明图1是本专利技术的针对隧道瞬变电磁法超前预报的阵列天线源的应用示意图；图2是发射单元结构示意图；图3是发射单元的底部接入电源结构示意图；图4是4个发射单元组合后的阵列天线源；图5是组合后的阵列天线源接入电源示意图；图6是均匀全空间中电偶极子及阵列源系统示意图，其中，图6(a)是电偶极子，图6(b)是掌子面前方阵列天线源的放置情况；图7是观测点在xy剖面示意图；图8是隧道掌子面前方阵列天线源和回线源中心点处瞬变电磁响应特征对比图，其中图8(a)是模型示意图，图8(b)是回线源图8(c)是3×3阵列天线源图8(d)是3×3阵列源图8(e)是3×3阵列天线源图9是改变阵列天线源的规模情况下的磁感应强度随着隧道模型改变，其中，图9(a)是模型示意图，图9(b1)是纯隧道情况下的不同规模阵列天线源的图9(b2)是纯隧道情况下的不同规模阵列天线源的图9(b3)是纯隧道情况下的不同规模阵列天线源的图9(c1)是断层距掌子面50m情况下的不同规模阵列天线源的图9(c2)是断层距掌子面50m情况下的不同规模阵列天线源的图9(c3)是断层距掌子面50m情况下的不同规模阵列天线源的图10是改变阵列天线源的源长度情况下的磁感应强度随着隧道模型改变，其中，图10(a)是模型示意图，图10(b1)是纯隧道情况下的不同源长度阵列天线源的图10(b2)是纯隧道情况下的不同源长度阵列天线源的图10(b3)是纯隧道情况下的不同源长度阵列天线源的图10(c1)是断层距掌子面50m情况下的不同源长度阵列天线源的图10(c2)是断层距掌子面50m情况下的不同源长度阵列天线源的图10(c3)是断层距掌子面50m情况下的不同源长度阵列天线源的图11是改变阵列天线源的源间距情况下的磁感应强度随着隧道模型改变，其中，图11(a)是模型示意图，图11(b1)是纯隧道情况下的不同源间距阵列天线源的图11(b2)是纯隧道情况下的不同源间距阵列天线源的图11(b3)是纯隧道情况下的不同源间距阵列天线源的图11(c1)是断层距掌子面50m情况下的不同源间距阵列天线源的图11(c2)是断层距掌子面50m情况下的不同源间距阵列天线源的图11(c3)是断层距掌子面50m情况下的不同源间距阵列天线源的图12是以规模为3×3为例的阵列天线源改变断层距掌子面距离的响应特征对本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种针对隧道瞬变电磁法超前预报的阵列天线源，其特征在于，包括若干发射单元，每个发射单元后面有一个外接电源，所述的发射单元由发射天线、螺旋线和底座组成，其中：螺旋线缠绕在发射天线四周，螺旋线和发射天线中间有一层隔离层，以防止电流接触，起消除互感作用；底座中心的凹陷处一侧为外接电源的接入口，凹陷处另一侧上有插针阵列，用于插接发射天线，底座的四周有对应的突出和凹陷，用于将若干个发射单元拼接成一体。
【技术特征摘要】
1.一种针对隧道瞬变电磁法超前预报的阵列天线源，其特征在于，包括若干发射单元，每个发射单元后面有一个外接电源，所述的发射单元由发射天线、螺旋线和底座组成，其中：螺旋线缠绕在发射天线四周，螺旋线和发射天线中间有一层隔离层，以防止电流接触，起消除互感作用；底座中心的凹陷处一侧为外接电源的接入口，凹陷处另一侧上有插针阵列，用于插接发射天线，底座的四周有对应的突出和凹陷，用于将若干个发射单元拼接成一体。2.如权利要求1所述的针对隧道瞬变电磁法超前预报的阵列天线源，其特征在于，所述发射天线长度20cm，直径2cm。3.如权利要求1所述的针对隧道瞬变电磁法超前预报的阵列天线源，其特征在于，所述螺旋线直径为2mm，螺旋线之间的螺间距为5mm。4.如权利要求1所述的针对隧道瞬变电磁法超前预报的阵列天线源，其特征在于，所述底座大小为10×10×3cm，采用绝缘材料制成。5.如权利要求1所述的针对隧道瞬变电磁法超前预报的阵列天线源，其特征在于，所述插针阵列是从上到下第一排为5个插针，第二...
【专利技术属性】
技术研发人员：李貅，戚志鹏，孙乃泉，周建美，郭建磊，
申请(专利权)人：长安大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61
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