用于海相地层中盾构掘进超前探测的施工方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种用于海相地层中盾构掘进超前探测的施工方法及系统，该方法包括：于盾构机的刀盘上布设地震波发射器；于所述刀盘上布设多个地震波接收器；依据地震波形成对应的特殊编码声音传输信号，令地震波发射器依据特殊编码声音传输信号向所述盾构机的前方发射地震波信号；通过所述地震波接收器接收经反射的地震波信号，记录探测数据并进行分析，以得到所述盾构机前方地层的地质情况。利用安装在盾构机刀盘上的地震波发射器向撑子面的前方发射地震波信号，该地震波发射器通过特殊编码的声传输信号产生地震弹性波，避免了TSP技术中的钻孔爆破的准备工序，且地震波信号的发射频率可控，能够提高地质情况的预测精度，控制简单方便可行。

Construction method and system for advanced detection of shield tunneling in marine strata

The invention relates to a method and system for shield tunneling construction of advanced detection in the marine strata, the method includes: the cutter head arranged on the seismic wave transmitter; to the cutter head arranged on a seismic wave receiver; according to the special encoding of sound transmission signal corresponding to the formation of seismic wave, seismic wave transmitter according to the special encoding of sound transmission signal to the shield machine in front of the transmitting seismic wave signal; through the seismic wave receiver by seismic reflection signals, record detection data and analysis, in order to get the geological conditions of the formation of the front of shield machine. The use of seismic wave transmitter installed in the shield machine cutter to support the front launch of the seismic signal, the seismic wave transmitter generates seismic elastic wave acoustic transmission signal through the special encoding, to avoid the preparation process of drilling and blasting technology in TSP, and the emission frequency controllable seismic wave signal, can improve the prediction accuracy of geology the control is simple and convenient and feasible.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及隧道盾构领域，特指一种用于海相地层中盾构掘进超前探测的施工方法及系统。
技术介绍
近年来，国内城市轨道交通发展极为迅速，到2015年前后，我国建成和在建轨道交通线路将达到158条，总里程将超过4189公里。盾构法施工技术具有机械化施工程度高、开挖效率高、对环境影响小等特点，在我国城市轨道交通建设中得到了相当广泛的应用。现代隧道建设工程越来越多地遇到复合地层问题。现有的盾构施工工法适合在较为单一的软土地层、软岩地层及砂层中进行施工，隧道建设过程中，对盾构掘进掌子面前方的不良地质情况不能准确判断，很大程度地影响了施工。我国的广东、深圳等东南沿海地区为花岗岩分布广泛的区域，多为复合地层。在该区域内采用盾构法施工建设隧道时常遇到硬岩及上软下硬的复合地层，给施工带来很大困难，需要一种能够准确预测不良地质的技术，给盾构施工带来一定的参考。对于复合底层的地质情况预测现有技术的常用做法有两种：一种是传统钻孔取芯勘探技术，由于布孔间距大，对隧道地层的探测比较粗糙，与实际情况的偏差较大，使盾构施工过程中对掌子面前方不良地层的掌握情况不精确，给施工带来很大困难。若加密布孔勘探，成本高，耗时长。另一种是TSP(tunnelseismicprediction，隧道地震勘探)技术(包括物探)，在隧道掌子面后方边墙远方打1个1.5～2m深钻孔，在其中灌水并放置1个3分量检波器；向掌子面方向，均匀布置钻深约1.5m的钻孔，灌水后放入高能炸药，然后依次爆破，由检波器接收爆破产生的弹性波。弹性波向检波器一方直接传播由检波器接收，向另一方传播后穿过掌子面向前方，遇到岩体中不同波阻抗而形成反射，反射波先后返回到各检波器被接收，经数据处理制图，然后经对图像的判释，得出地质结论。TSP隧道地震勘探技术需钻孔爆破，产生地震弹性波，通过一点激振，多点接收(或多点激振，一点接收)预测不良地质，准备工序复杂。TSP技术预测范围一般为百米左右，为提高精度，减少误差，需在百米内做若干次爆破激振。另外海域水文特征的不确定性给物探准确性带来较大影响。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种用于海相地层中盾构掘进超前探测的施工方法及系统，解决现有技术中传统钻孔取芯勘探存在的偏差大、成本高和耗时长的问题，及TSP技术存在的准备工序复杂和需若干次爆破激振来提高精度的问题。实现上述目的的技术方案是：本专利技术提供了一种用于海相地层中盾构掘进超前探测的施工方法，包括如下步骤：于盾构机的刀盘上布设地震波发射器；于所述盾构机的刀盘上布设多个地震波接收器；依据地震波形成对应的特殊编码声音传输信号，将所述特殊编码声音传输信号发送至所述地震波发射器，以令所述地震波发射器依据所述特殊编码声音传输信号向所述盾构机的前方发射地震波信号；通过所述地震波接收器接收经反射的地震波信号，记录所述地震波接收器的安装位置、所述刀盘当前的转角、所述地震波接收器接收到经反射的地震波信号的接收时间以及所述地震波发射器发射地震波信号的发射时间；以及对所记录的所述地震波接收器的安装位置、所述刀盘当前的转角、所述地震波接收器接收到经反射的地震波信号的接收时间以及所述地震波发射器发射地震波信号的发射时间进行分析，以得到所述盾构机前方地层的地质情况。本专利技术利用安装在盾构机刀盘上的地震波发射器向撑子面的前方发射地震波信号，该地震波发射器通过特殊编码的声传输信号产生地震弹性波，避免了TSP技术中的钻孔爆破的准备工序，且地震波信号的发射频率可控，能够提高地质情况的预测精度，控制简单方便可行。本专利技术的超前探测施工方法实现了在盾构机掘进的过程中，对盾构机前方40米范围进行反复多次的探测，获取的40米范围内若干探测资料，能够避免地质情况的结论的单一性，实现了超前预测不良地层。解决了传统钻孔取芯勘探技术存在的偏差大、成本高和耗时长的问题，还解决了TSP技术存在的准备工序复杂和需若干次爆破激振来提高精度的问题。本专利技术用于海相地层中盾构掘进超前探测的施工方法的进一步改进在于，还包括：为所述地震波发射器连接密闭的第一空气管线；为多个所述地震波接收器连接密闭的第二空气管线；将所述第一空气管线和所述第二空气管线与一空压机连接；监控所述地震波发射器和所述地震波接收器处的压力，并利用所述空压机通过补压操作和放气操作来调整所述地震波发射器和所述地震波接收器处的压力以令压力趋于稳定。本专利技术用于海相地层中盾构掘进超前探测的施工方法的进一步改进在于，在盾构机掘进过程中，以设定时间间隔的通过所述地震波发射器向所述盾构机的前方发射地震波信号；对应的利用所述地震波接收器接收经反射的地震波信号，记录所述地震波接收器的安装位置、所述刀盘当前的转角、所述地震波接收器接收到经反射的地震波信号的接收时间以及所述地震波发射器发射地震波信号的发射时间；设定掘进距离，获取所述掘进距离内记录的所有的所述地震波接收器的安装位置、所述刀盘当前的转角、所述地震波接收器接收到经反射的地震波信号的接收时间以及所述地震波发射器发射地震波信号的发射时间，并进行分析以得到所述盾构机前方地层的地质情况。本专利技术用于海相地层中盾构掘进超前探测的施工方法的进一步改进在于，还包括：获取预设定的介质传播速度；利用所述地震波接收器的安装位置和所述刀盘当前的转角确定接收到经反射的地震波信号的位置信息；利用所述接收时间和所述发射时间计算得到所述地震波信号的传输时间，并结合所述预设定的介质传播速度，计算得到设定介质相对于所确定的位置信息的设置长度，再结合所确定的位置信息换算得出所述设定介质的坐标信息；将所得到的设定介质和对应的设置长度与坐标信息打包形成数据包予以输出。本专利技术用于海相地层中盾构掘进超前探测的施工方法的进一步改进在于，所述地震波发射器发射的地震波信号的频率在600赫兹至2000赫兹之间。本专利技术还提供了一种用于海相地层中盾构掘进超前探测的施工系统，包括：布设于盾构机的刀盘上的地震波发射器，用于向所述盾构机的前方发射地震波信号；布设于所述盾构机的刀盘上的多个地震波接收器，用于接收经反射的地震波信号；以及与所述地震波发射器和所述地震波接收器连接的控制单元，所述控制单元用于依据地震波形成对应的特殊编码声音传输信号并发送至所述地震波发射器，以令所述地震波发射器依据所述特殊编码声音传输信号向所述盾构机的前方发射地震波信号；所述控制单元还用于记录所述地震波接收器的安装位置、所述刀盘当前的转角、所述地震波接收器接收到经反射的地震波信号的接收时间以及所述地震波发射器发射地震波信号的发射时间，并进行分析以得到所述盾构机前方地层的地质情况。本专利技术用于海相地层中盾构掘进超前探测的施工系统的进一步改进在于，还包括与所述地震波发射器和所述地震波接收器连接的压力控制单元，所述压力控制单元用于监控所述地震波发射器和所述地震波接收器处的压力，并控制调整所述地震波发射器和所述地震波接收器处的压力以令压力趋于稳定。本专利技术用于海相地层中盾构掘进超前探测的施工系统的进一步改进在于，所述控制单元内设有计时器、数据发送模块、数据接收模块、分析处理模块以及存储模块；所述存储模块内存储有所述特殊编码声音传输信号；所述数据发送模块与所述存储模块和所述计时器连接，所述计时器以设定时间间隔的向所述数据发送模块发送本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于海相地层中盾构掘进超前探测的施工方法，其特征在于，包括如下步骤：于盾构机的刀盘上布设地震波发射器；于所述盾构机的刀盘上布设多个地震波接收器；依据地震波形成对应的特殊编码声音传输信号，将所述特殊编码声音传输信号发送至所述地震波发射器，以令所述地震波发射器依据所述特殊编码声音传输信号向所述盾构机的前方发射地震波信号；通过所述地震波接收器接收经反射的地震波信号，记录所述地震波接收器的安装位置、所述刀盘当前的转角、所述地震波接收器接收到经反射的地震波信号的接收时间以及所述地震波发射器发射地震波信号的发射时间；以及对所记录的所述地震波接收器的安装位置、所述刀盘当前的转角、所述地震波接收器接收到经反射的地震波信号的接收时间以及所述地震波发射器发射地震波信号的发射时间进行分析，以得到所述盾构机前方地层的地质情况。

【技术特征摘要】
1.一种用于海相地层中盾构掘进超前探测的施工方法，其特征在于，包括如下步骤：于盾构机的刀盘上布设地震波发射器；于所述盾构机的刀盘上布设多个地震波接收器；依据地震波形成对应的特殊编码声音传输信号，将所述特殊编码声音传输信号发送至所述地震波发射器，以令所述地震波发射器依据所述特殊编码声音传输信号向所述盾构机的前方发射地震波信号；通过所述地震波接收器接收经反射的地震波信号，记录所述地震波接收器的安装位置、所述刀盘当前的转角、所述地震波接收器接收到经反射的地震波信号的接收时间以及所述地震波发射器发射地震波信号的发射时间；以及对所记录的所述地震波接收器的安装位置、所述刀盘当前的转角、所述地震波接收器接收到经反射的地震波信号的接收时间以及所述地震波发射器发射地震波信号的发射时间进行分析，以得到所述盾构机前方地层的地质情况。2.如权利要求1所述的用于海相地层中盾构掘进超前探测的施工方法，其特征在于，还包括：为所述地震波发射器连接密闭的第一空气管线；为多个所述地震波接收器连接密闭的第二空气管线；将所述第一空气管线和所述第二空气管线与一空压机连接；监控所述地震波发射器和所述地震波接收器处的压力，并利用所述空压机通过补压操作和放气操作来调整所述地震波发射器和所述地震波接收器处的压力以令压力趋于稳定。3.如权利要求1所述的用于海相地层中盾构掘进超前探测的施工方法，其特征在于，在盾构机掘进过程中，以设定时间间隔的通过所述地震波发射器向所述盾构机的前方发射地震波信号；对应的利用所述地震波接收器接收经反射的地震波信号，记录所述地震波接收器的安装位置、所述刀盘当前的转角、所述地震波接收器接收到经反射的地震波信号的接收时间以及所述地震波发射器发射地震波信号的发射时间；设定掘进距离，获取所述掘进距离内记录的所有的所述地震波接收器的安装位置、所述刀盘当前的转角、所述地震波接收器接收到经反射的地震波信号的接收时间以及所述地震波发射器发射地震波信号的发射时间，并进行分析以得到所述盾构机前方地层的地质情况。4.如权利要求3所述的用于海相地层中盾构掘进超前探测的施工方法，其特征在于，还包括：获取预设定的介质传播速度；利用所述地震波接收器的安装位置和所述刀盘当前的转角确定接收到经反射的地震波信号的位置信息；利用所述接收时间和所述发射时间计算得到所述地震波信号的传输时间，并结合所述预设定的介质传播速度，计算得到设定介质相对于所确定的位置信息的设置长度，再结合所确定的位置信息换算得出所述设定介质的坐标信息；将所得到的设定介质和对应的设置长度与坐标信息打包形成数据包予以输出。5.如权利要求1所述的用于海相地层中盾构掘进超前探测的施工方法，其特征在于，所述地震波发射器发射的地震波信号的频率在600赫兹至2000赫兹之间。6.一种用于海相地层中盾构掘进超前探测的施工系统，其特征在于，包括：布设于盾构机的刀盘上的地震波发射器，用于向所述盾构机的前方发射地震波信号；布设于所述盾构机的刀盘上的多个地震波接收器，用于接收经反射的地震...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴惠明，曹金文，刘宽，范杰，吕锦，黄德中，楚兴华，何人，张亮，王旋东，李磊，
申请(专利权)人：上海隧道工程有限公司，珠海大横琴股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31