一种用于隧道施工的地质超前预报探测系统及探测方法技术方案

本发明专利技术公开了一种用于隧道施工的地质超前预报探测系统及探测方法，包括：数据采集终端，被配置为通过信号采集装置进行地质信号采集，并将信号进行上传，用于地质预报分析；基站，被配置为接收多个数据采集终端的数据，并根据指令将数据进行汇总输出；PC电脑端，被配置为接收多个基站输出的地质信息数据与隧道位置信息，生成地质信息的可视化图形。本发明专利技术实现了自动完成信号的采集、处理和成果展示；数据处理过程中增加了反射波幅频特性分析方法，进一步提高了超前预报解释精度；同时仪器设备采用全封闭防潮防静电设施，适合隧道的恶劣环境，灵敏度高，指向性好。实现数据采集、数据处理一体化，方便了测试人员。

A Geological Advance Prediction Detection System and Detection Method for Tunnel Construction

【技术实现步骤摘要】
一种用于隧道施工的地质超前预报探测系统及探测方法
本专利技术涉及地质探测领域，尤其涉及一种用于隧道施工的地质超前预报探测系统及探测方法。
技术介绍
隧道施工地质超前预报是地质施工中重要的环节，准确预报开挖前方的地质条件是隧道建设者们的迫切要求，英、法、日、德等国家均将此列为隧道工程建设的重要研究内容。准确而有效的超前地质预报工作，不仅可为施工单位节约大量成本，加快施工进度，更重要的是提高隧道工程的施工质量，所以隧道施工中超前地质预报应用也越来越广泛。目前现有的TSP隧道施工地质超前探测系统最先由瑞士安伯格公司开发研制，自1994年进入地下工程建筑市场，在意大利、法国等多个国家得到应用。1996年进入中国市场，在公路、铁路隧道施工中得到较为广泛的应用，其效果得到较高程度的认可。但是目前国内作隧道施工地质超前探测大多是引进国外设备，设备结构复杂、价格昂贵且后期维修不便。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，针对上述问题，提出一种用于隧道施工的地质超前预报探测系统及探测方法。一种用于隧道施工的地质超前预报探测系统，包括：数据采集终端，被配置为通过信号采集装置进行地质信号采集，并将信号进行上传，用于地质预报分析；基站，被配置为接收多个数据采集终端的数据，并根据指令将数据进行汇总输出；PC电脑端，被配置为接收多个基站输出的地质信息数据与隧道位置信息，生成地质信息的可视化图形。进一步的，一种用于隧道施工的地质超前预报探测系统，所述数据采集终端包括：信号采集装置，被配置为多组高敏加速度传感器，每组高敏加速度传感器包括分别以平行和垂直隧道轴线的方向的两个高敏加速度传感器，且多组高敏加速度传感器固定在同一金属杆的钻孔内；电源模块，被配置为包括终端内部的锂电池与终端外壳上设置的充电接口，对终端进行持续性供电；第一通信模块，被配置为终端内部发送信号的无线通信设备，用于实现地质信号的上传。进一步的，一种用于隧道施工的地质超前预报探测系统，所述基站包括：电源模块，被配置为包括基站内部的锂电池与基站外壳上设置的充电接口，对基站进行持续性供电；第二通信模块，被配置为基站内部接收信号的无线通信设备，用于接收多个数据采集终端的地质信号；第三通信模块，被配置为基站内部发送信号的远距离WIFI模块，用于汇总、发送多个数据采集终端采集的地质信号。所述可视化图形包括根据地质信息数据生成的地质信号波形，并根据地质信号波形与隧道位置信息生成地质预报的空间位置图形。一种用于隧道施工的地质超前预报探测系统的探测方法，包括如下步骤：S1：PC电脑端向基站发送采集命令；S2：基站向数据采集终端发送采集命令；S3：数据采集终端采集数据并将数据发送至基站；S4：基站接收多个数据采集终端发送的地质信息数据；S5：PC电脑端对地质信息进行信号分析和成果展示。进一步的，一种用于隧道施工的地质超前预报探测方法，所述步骤S3还包括如下子步骤：S31：采集终端接收数据采集命令；S32：开始数据采集，判断采集数据量是否大于预设阈值，若是，进入S23；S33：数据采集终端向基站发送数据。进一步的，一种用于隧道施工的地质超前预报探测方法，所述步骤S5还包括如下子步骤：S51：接收基站发送的地质信息数据；S52：对地质信号进行滤波、能量平衡和选择放大，获得清晰的反射信号图像；S53：获取采集终端的在隧道的空间坐标位置；S54：根据反射信号与坐标位置，计算、展示反射事件的空间位置以及与隧道的相对位置图像。本专利技术的有益效果：自动完成信号的采集、处理和成果展示；数据处理过程中增加了反射波幅频特性分析方法，进一步提高了超前预报解释精度；仪器设备采用全封闭防潮防静电设施，适合隧道的恶劣环境；底层数据采集设备体积小、质量轻、方便携带，内置锂电池充满电后可供设备连续工作10小时以上，实现数据采集、数据处理一体化，方便了测试人员，灵敏度高，指向性好。附图说明图1是一种用于隧道施工的地质超前预报探测系统整体结构框图；图2是数据采集终端结构图；图3是基站结构图；图4是PC电脑端信号处理流程图；图5是基站工作流程图；图6是数据采集终端工作流程图；图中，1-金属杆；2-锂电池充电接口；3-外壳；4-电路板；5-控制按钮；6-锂电池；7-无限通讯模块；8-脉冲信号输入口；9-WIFI模块。具体实施方式为了对本专利技术的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本专利技术的具体实施方式。一种用于隧道施工的地质超前预报探测系统，包括：数据采集终端，被配置为通过信号采集装置进行地质信号采集，并将信号进行上传，用于地质预报分析；基站，被配置为接收多个数据采集终端的数据，并根据指令将数据进行汇总输出；PC电脑端，被配置为接收多个基站输出的地质信息数据与隧道位置信息，生成地质信息的可视化图形。本实施例中，地质超前预报探测系统整体结构框图如图1所示，数据采集终端硬件系统主要有电源、加速度传感器、处理器、无线通讯模块组成，主要完成数据的采集、初步处理及上传基站。基站硬件系统主要有电源、无线通讯模块、WIFI模块组成，主要完成数据的保存和上传。PC电脑端分析软件的主要任务之一是对测量信号进行各种数值滤波、选择放大等，以获得清晰的反射图象，分析软件的另一功能是将反射波图像所提供的信息与隧道的空间坐标结合起来，通过一系列的数学运算求出反射事件本身的空间位置以及与隧道的相对位置。本实施例中，为达到探测隧道前方和周围地质情况的目的，在数据采集终端中使用了三对高敏加速度传感器，三对加速度传感器通过一根金属杆连接在一起，分别以平行和垂直隧道轴线的方向定位在专门的传感器钻孔内，传感器的这种布置方式能保证接收有各种不同角度反射回来的反射信号，使用三对水平和垂直布置的传感器还能有效地减少干扰信号的影响。由传感器采集到的振动信号经过模数转换器转换后发送到基站，基站接收到上位机发送的相应命令后将数据进行上传。本实施例中，PC电脑端进行信号分析和成果展示包括：对地质信号进行信号分析处理，获得清晰的反射信号图像；同时获取采集终端的在隧道的空间坐标位置，并根据反射信号与坐标位置，计算、展示反射事件的空间位置以及与隧道的相对位置图像。信号分析处理包括对信号进行有效频率范围选择、初至拾取、能量平衡、波长分离、滤波处理、PS波分离、速度谱提取、偏移成像、反射点提取和生成泊松比和杨氏模量。本专利技术实现了自动完成信号的采集、处理和成果展示；数据处理过程中增加了反射波幅频特性分析方法，进一步提高了超前预报解释精度；仪器设备采用全封闭防潮防静电设施，适合隧道的恶劣环境；底层数据采集设备体积小、质量轻、方便携带，内置锂电池充满电后可供设备连续工作10小时以上，实现数据采集、数据处理一体化，方便了测试人员，灵敏度高，指向性好。以上显示和描述了本专利技术的基本原理和主要特征和本专利技术的优点。本行业的技术人员应该了解，本专利技术不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本专利技术的原理，在不脱离本专利技术精神和范围的前提下，本专利技术还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本专利技术范围内。本专利技术要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于隧道施工的地质超前预报探测系统，其特征在于，包括：数据采集终端，被配置为通过信号采集装置进行地质信号采集，并将信号进行上传，用于地质预报分析；基站，被配置为接收多个数据采集终端的数据，并根据指令将数据进行汇总输出；PC电脑端，被配置为接收多个基站输出的地质信息数据与隧道位置信息，生成地质信息的可视化图形。

【技术特征摘要】
1.一种用于隧道施工的地质超前预报探测系统，其特征在于，包括：数据采集终端，被配置为通过信号采集装置进行地质信号采集，并将信号进行上传，用于地质预报分析；基站，被配置为接收多个数据采集终端的数据，并根据指令将数据进行汇总输出；PC电脑端，被配置为接收多个基站输出的地质信息数据与隧道位置信息，生成地质信息的可视化图形。2.根据权利要求1所述的一种用于隧道施工的地质超前预报探测系统，其特征在于，所述数据采集终端包括：信号采集装置，被配置为多组高敏加速度传感器，每组高敏加速度传感器包括分别以平行和垂直隧道轴线的方向的两个高敏加速度传感器，且多组高敏加速度传感器固定在同一金属杆的钻孔内；电源模块，被配置为包括终端内部的锂电池与终端外壳上设置的充电接口，对终端进行持续性供电；第一通信模块，被配置为终端内部发送信号的无线通信设备，用于实现地质信号的上传。3.根据权利要求1所述的一种用于隧道施工的地质超前预报探测系统，其特征在于，所述基站包括：电源模块，被配置为包括基站内部的锂电池与基站外壳上设置的充电接口，对基站进行持续性供电；第二通信模块，被配置为基站内部接收信号的无线通信设备，用于接收多个数据采集终端的地质信号；第三通信模块，被配置为基站内部发送信号的远距离WIFI模块，用于汇总、发送多个数据采集终端采集的地质信...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚思民，
申请(专利权)人：成都畅达通检测技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51